Los superhumanos no existen en el mundo real, pero es posible que algún día veas superrobots. Obviamente, se pueden hacer robots que sean más fuertes, más rápidos y mejores que los humanos, pero ¿crees que hay un límite en cuanto a cuánto mejor podemos hacerlos?
Gracias a los desarrollos en curso en la ciencia de los materiales y la robótica blanda, los científicos ahora están desarrollando nuevas tecnologías que podrían permitir que los futuros robots superen los límites de la biología no humana. Por ejemplo, un equipo de investigadores de la Universidad de Colorado Boulder desarrolló recientemente un material que podría dar lugar a robots blandos capaces de saltar 200 veces por encima de su propio grosor. Los saltamontes, uno de los saltadores más asombrosos de la Tierra, pueden saltar en el aire solo hasta 20 veces la longitud de su cuerpo.
A pesar de superar a los insectos, los investigadores detrás del material de salto similar al caucho dicen que se inspiraron en los saltamontes. Al igual que el insecto, el material almacena grandes cantidades de energía en el área y luego la libera toda a la vez mientras da un salto.
Descubierto por casualidad
La película similar al caucho se compone de elastómeros de cristal líquido (LCE), materiales especiales que se componen de redes de polímeros reticulados. Estos exhiben propiedades de elastómeros (utilizados para fabricar neumáticos, adhesivos y robots blandos) y cristales líquidos (utilizados para fabricar pantallas de TV, músculos artificiales y microbots) y son muy sensibles a diferentes estímulos externos. En general, los LCE son actuadores más fuertes, más flexibles y mejores que los elastómeros convencionales.
La primera autora del estudio, Tayler Hebner, y sus colegas estaban examinando las LCE y su capacidad para cambiar de forma. No tenían intención de crear un robot saltador en ese momento, pero observaron un comportamiento interesante de los LCE. “Estábamos viendo el elastómero de cristal líquido reposar en la placa caliente y nos preguntábamos por qué no estaba tomando la forma que esperábamos. De repente saltó de la etapa de prueba a la encimera”, dijo Hebner en un comunicado de prensa.
Al entrar en contacto con el lugar caliente, el material primero se deformó y giró, y luego, de repente, en los siguientes seis milisegundos, saltó en el aire a una altura de unas 200 veces su grosor.
Los investigadores se dieron cuenta de que los LCE responden al calor, lo que condujo al desarrollo del material similar a un saltamontes. Al comentar sobre estos hallazgos, Hamed Shahsavan, un experto en ciencia de materiales de la Universidad de Waterloo que no participó en el estudio, dijo a Ars Technica: “Los LCE generalmente responden al calor o la luz. Este trabajo también usa calor para generar la energía requerida para la deformación y el salto de las LCE”.
¿Qué hace que el material salte?
Según los investigadores, el material parecido a un saltamontes está compuesto por tres capas de elastómero y cristales líquidos. Cuando el material se calienta, las capas de elastómero comienzan a contraerse, pero la tasa de contracción es más rápida en las dos capas superiores, que son menos rígidas que la capa inferior. Mientras tanto, los cristales líquidos también comienzan a contraerse. Como resultado de estos cambios desproporcionados, aparece una formación similar a un cono cerca de las piernas en la parte trasera del cuerpo del robot.
El robot tiene cuatro patas unidas a sus cuatro esquinas laterales: dos patas cortas en la parte delantera y dos patas largas en la parte trasera. Según los investigadores, en comparación con las patas cortas, las patas traseras más largas ofrecen un punto de contacto más alto, lo que hace que la fuerza de apertura levante el material en el ángulo deseado.
Una gran cantidad de energía se almacena en el cono y esto provoca inestabilidad mecánica en la película. A medida que el LCE se calienta más, la formación en forma de cono se invierte rápidamente y el material se eleva en el aire. Los autores del estudio señalan: “El empaquetamiento concéntrico de orientación en cada uno de los LCE programa un cambio de forma direccional en un cono. Sin embargo, se muestra que la variación en la respuesta del LCE y las propiedades mecánicas de los materiales introducen una inestabilidad temporal que se manifiesta como un salto en una película independiente”.
Los investigadores afirman que pueden cambiar la configuración de su material de salto para que salte al enfriarse en lugar de al calentarse. Además, pueden controlar fácilmente la dirección en la que salta el material cambiando la alineación de sus patas. Shahsavan sugiere que dichos LCE podrían usarse para fabricar una variedad de dispositivos y robots blandos móviles.
Agregó: “Confinar el mecanismo de salto que se muestra en este estudio proporciona una gran cantidad de densidad de salida de energía que se puede recolectar para la funcionalidad de carga de los robots blandos a pequeña escala. El salto también se puede utilizar para la locomoción de pequeños robots en terrenos irregulares, ya sea directamente o como un mecanismo auxiliar a otros mecanismos de locomoción como caminar, gatear, avanzar poco a poco, etc.
Los LCE fueron descubiertos hace unos 42 años por un químico llamado Heino Finkelmann, pero esta es probablemente la primera vez que los científicos reconocen sus extraordinarias habilidades para saltar. El material similar a un saltamontes resultante podría proporcionar un potente medio de movilidad para la robótica blanda.
Avances científicos, 2023. DOI: https://doi.org/10.1126/sciadv.ade1320 (Acerca de los DOI)
Rupendra Brahambhatt es una periodista y cineasta experimentada. Cubre noticias de ciencia y cultura, y durante los últimos cinco años ha estado trabajando activamente con algunas de las agencias de noticias, revistas y marcas de medios más innovadoras que operan en diferentes partes del mundo.