Investigadores crean pinzas robóticas inspiradas en los insectos
Muchas pinzas robóticas blandas se inspiran en la curvatura aleta de un pez. Incluyen componentes triangulares que se doblan alrededor del objeto para agarrarlo. Estos componentes tienen vigas transversales dispuestas en un ángulo de 90 grados, lo que ayuda a la pinza a rodear el objeto.
Las pinzas tradicionales de este tipo requieren mucho esfuerzo para levantar un objeto y no siempre pueden manipular objetos frágiles sin aplastarlos. Investigadores de cinco universidades diferentes, dirigidos por Poramate Manoonpong de la Universidad del Sur de Dinamarca en Odense, se inspiran en la forma en que los insectos caminan y agarran objetos para desarrollar una nueva forma de fabricar pinzas robóticas.
En lugar de vigas transversales dispuestas en un ángulo de 90 grados, el equipo internacional de investigación de Odense colocó las vigas en ángulos de 10 o 30 grados, similares a las almohadillas adhesivas de los insectos. Al cambiar el ángulo de inclinación de estas vigas, los investigadores descubrieron que sus dispositivos de agarre podían doblar y levantar mejor los objetos, usando un 20% menos de esfuerzo.
«Sabemos que muchos animales pueden agarrarse o adherirse a superficies mediante almohadillas o patas flexibles. Pudimos observar que el ángulo de las almohadillas de los insectos era diferente. En trabajos anteriores ya se estudió el cambio del ángulo de agarre, pero ninguno realizó estudios detallados sobre el efecto de los distintos ángulos de la viga transversal dentro de su marco»
Usar menos fuerza para agarrar un objeto permite a la pinza manipular objetos más delicados, como alimentos, sin aplastarlos. Cuando los investigadores probaron pinzas con vigas en ángulos de 90 o 120 grados, la pinza necesitó mucha más fuerza para levantar el objeto.
Las nuevas pinzas también mejoraron la forma de caminar de los robots. Al enfrentarse a superficies irregulares, como piedras, o redondeadas, como tuberías por las que se puede caminar, los robots podían orientarse en la situación sin un control complejo. Las pinzas se parecen a aletas que se adaptan fácilmente a la superficie por la que camina el robot.
El equipo de Manoonpong se inspiró en las almohadillas adhesivas de los insectos, pero no son los únicos investigadores que recurren a la naturaleza para avanzar en robótica.
En diciembre de 2020, investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Georgia desarrollaron una pinza robótica inspirada en las plantas trepadoras de judías. Estas pinzas blandas solo necesitan un control neumático, lo que simplifica su funcionamiento. La pinza también tenía un sensor de fibra óptica en el tallo elástico del robot, que podía detectar el objeto levantado y cualquier interferencia externa.
«Probamos varias opciones de diseño, pero los resultados no nos satisfacían, y recordé las judías que cultivé en nuestro jardín hace unos años. Esta planta puede agarrarse con mucha firmeza a otras plantas o a una cuerda. Así que realicé una pequeña investigación sobre las plantas trepadoras y pensé que es un buen diseño natural que podemos estudiar»
En noviembre de 2020, investigadores de la UNSW Sydney (Universidad de Nueva Gales del Sur) crearon una pinza inspirada en la trompa de un elefante. Esta pinza de tejido blando fue diseñada para trabajar con objetos pesados y frágiles.
Los investigadores afirmaron que esta tecnología versátil puede aplicarse ampliamente en sectores donde se manipulan objetos frágiles, como la agricultura, la industria alimentaria, la ciencia y la exploración de recursos, e incluso en operaciones de rescate de personas o en dispositivos de asistencia personal.
El doctor Thanh Nho Do explicó: «Nuestra nueva pinza de tejido blando es delgada, plana y ligera, y puede agarrar y extraer distintos objetos, incluso de cavidades estrechas, como un bolígrafo dentro de un tubo. Este dispositivo también cuenta con un sensor de fuerza en tiempo real mejorado, que es 15 veces más sensible que los diseños tradicionales y determina la fuerza de agarre necesaria para evitar dañar los objetos con los que trabaja. También existe un mecanismo activado térmicamente que puede cambiar la carcasa de la pinza de flexible a rígida y viceversa, lo que le permite agarrar y sostener objetos de distintas formas y pesos, de hasta 220 veces la masa de la pinza».
El equipo de Odense probó su modelo de pinza usando únicamente pinzas blandas. Su siguiente objetivo es hacerla lo bastante resistente para afrontar condiciones más duras.
«Se diseñaron estructuras de pie y pinza robótica compatibles con diversas soluciones mecánicas para mejorar el contacto y el agarre adecuados en distintas superficies. La estructura Fin Ray es una de estas soluciones. Aunque el efecto Fin Ray ya se había propuesto y utilizado, no se habían realizado estudios detallados sobre el efecto de los distintos ángulos de la viga dentro de su marco», indica el estudio.
Según los científicos, teniendo en cuenta factores como la gran superficie de contacto, la alta eficiencia energética y la mayor durabilidad, el modelo Fin Ray con vigas no estándar inclinadas 10 grados ofrece el mejor equilibrio en comparación con otros modelos dentro de los límites de los parámetros geométricos definidos.
