Ingenieros de Stanford desarrollan una mano robótica con agarre inspirado en el gecko
La Universidad de Stanford ha logrado grandes avances a lo largo de los años con su mano robótica inspirada en los geckos. En mayo de 2021, una versión del «agarre de gecko» incluso llegó a la Estación Espacial Internacional para comprobar su capacidad de realizar tareas como recoger basura espacial y sujetar satélites.
Un enorme número de manos y pinzas robóticas comparten un enemigo común: el «problema del tomate de la reliquia familiar», como lo llaman los científicos. Quizá hayas visto cómo una pinza robótica toma un huevo con destreza o se desenvuelve bien con un balón de baloncesto, pero, a diferencia de las manos humanas, es difícil que una sola pinza pueda hacer ambas cosas, y el reto clave queda oculto en medio.
«Ves cómo las manos robóticas realizan un agarre potente y un agarre preciso, y luego se da por hecho que pueden hacer cualquier cosa intermedia. Queríamos resolver cómo crear manipuladores que sean a la vez hábiles y fuertes»
El resultado de este objetivo es «farmHand», una mano robótica desarrollada por los ingenieros Ruotolo y Dane Brouwer (estudiante de posgrado del laboratorio de biomimética y manipulación hábil de Stanford, también conocido como «la Granja») y descrita en detalle en un artículo publicado en Science Robotics. En sus pruebas, los investigadores demostraron que farmHand puede manejar una amplia gama de objetos, como huevos crudos, racimos de uvas, platos, jarras de líquido, pelotas de baloncesto e incluso una amoladora angular.
FarmHand se beneficia de dos tipos de inspiración biológica. Mientras que sus dedos multiarticulados recuerdan a la mano humana, aunque con cuatro dedos, las yemas están recubiertas de un adhesivo parecido al de los geckos. Este material adherente, pero no pegajoso, se basa en la estructura de los dedos de los pies del gecko y fue desarrollado durante la última década por el laboratorio de biomimética y manipulación hábil, dirigido por Mark Cutkosky, profesor de la Escuela de Ingeniería, que también es el autor principal de este estudio.
Usar adhesivo de gecko en un agarre antropomórfico con varios dedos fue un problema que exigió una atención especial a los tendones que controlan los dedos de farmHand y al diseño de las yemas bajo el adhesivo.
Al igual que los dedos de los pies del gecko, el adhesivo de gecko proporciona una sujeción firme mediante minúsculas láminas. Al entrar en contacto completo con una superficie, estas láminas generan la fuerza de Van der Waals, una fuerza intermolecular débil que surge de las sutiles diferencias en la posición de los electrones en la parte exterior de las moléculas. Como resultado, el adhesivo puede agarrarse con fuerza, pero requiere muy poco esfuerzo para hacerlo. Otra ventaja: al tacto no es pegajoso y no deja restos.
«Las primeras aplicaciones del adhesivo de gecko estuvieron relacionadas con la escalada de robots, la escalada de personas o el agarre de objetos muy grandes y lisos en el espacio. Pero siempre hemos pensado en usarlo para aplicaciones más prácticas. El problema es que el adhesivo de gecko es muy exigente en realidad»
La clave es que el adhesivo de gecko debe unirse a la superficie de una manera determinada para activar la fuerza de Van der Waals. Esto es bastante fácil de controlar cuando se aplica de forma uniforme sobre una superficie plana, pero mucho más difícil cuando hay que usar varias partes adhesivas que entran en contacto con el objeto en distintos ángulos, como ocurre con farmHand.
Las yemas de los dedos de farmHand, situadas debajo de las zonas con adhesivo, ayudan a resolver este problema. Están hechas de una estructura plegable con nervaduras que se dobla con poco esfuerzo. Independientemente de la ubicación o del ángulo de contacto, las nervaduras se doblan constantemente para repartir fuerzas iguales sobre las almohadillas adhesivas y evitar que cualquiera de ellas se deslice antes de tiempo.
«Si desplazas estas nervaduras, la flexión producirá la misma fuerza, sin importar por dónde empieces. Es un comportamiento físico sencillo que podría aplicarse incluso en ámbitos fuera de la robótica, por ejemplo, como banda de rodadura de zapatos o neumáticos de vehículos todoterreno»
Los tendones de la mano también son fundamentales, porque permiten que la compresión se extienda en exceso. Mientras que muchas manos y pinzas robóticas agarran los objetos formando una letra «C», como si levantaran algo con la punta de los dedos, farmHand presiona una almohadilla con la punta del dedo, apretándola contra otra almohadilla. Esto da al adhesivo una mayor superficie para trabajar.
Lograr el diseño correcto fue especialmente difícil, porque las simulaciones por ordenador existentes dificultan predecir el rendimiento real con objetos blandos, otro factor del problema de las pinzas robóticas. Pero los investigadores se beneficiaron enormemente de poder imprimir en 3D y probar muchos componentes de plástico rígido y blando en ciclos relativamente rápidos. Llegan a sugerir que su éxito quizá habría sido imposible, o al menos mucho más lento, hace apenas cinco años.
Las mejoras futuras de farmHand podrían incluir funciones de retroalimentación que ayuden a los usuarios a entender cómo agarra y cómo puede hacerlo mejor al usar la mano. Los investigadores también están considerando la aplicación comercial de su trabajo.
