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Los nuevos robots de vibración son del tamaño de la hormiga más pequeña del mundo

Los investigadores han creado un nuevo tipo de diminuto robot impreso en 3D que se mueve aprovechando la vibración de los actuadores piezoeléctricos, las fuentes de ultrasonido o incluso los altavoces más pequeños. 

Los nuevos robots de vibración son del tamaño de la hormiga más pequeña del mundo
Hormiga. / Pexels.com.
Hormiga. / Pexels.com.

Los investigadores han creado un nuevo tipo de diminuto robot impreso en 3D que se mueve aprovechando la vibración de los actuadores piezoeléctricos, las fuentes de ultrasonido o incluso los altavoces más pequeños. Los enjambres de estos "micro-cerdas-bots" pueden trabajar juntos para detectar cambios ambientales, mover materiales, o quizás algún día reparar lesiones dentro del cuerpo humano.

Los robots prototipo responden a diferentes frecuencias de vibración en función de sus configuraciones, lo que permite a los investigadores controlar los robots individuales ajustando la vibración. Aproximadamente dos milímetros de largo, aproximadamente del tamaño de la hormiga más pequeña del mundo, los bots pueden cubrir cuatro veces su propia longitud en un segundo a pesar de las limitaciones físicas de su pequeño tamaño.

"Estamos trabajando para hacer que la tecnología sea robusta, y tenemos muchas aplicaciones potenciales en mente", dijo Azadeh Ansari, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática del Instituto de Tecnología de Georgia. "Estamos trabajando en la intersección de mecánica, electrónica, biología y física. Es un área muy rica y hay mucho espacio para conceptos multidisciplinarios".

Un artículo que describe los micro-cerdas-bots ha sido aceptado para su publicación en el Diario de Micromecánica y Microingeniería. La investigación fue apoyada por una subvención de semillas del Instituto de Electrónica y Nanotecnología de Georgia Tech. Además de Ansari, el equipo de investigación incluye a la Profesora Asociada de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff Jun Ueda y los estudiantes graduados DeaGyu Kim y Zhijian Hao.

Los micro-bristle-bots consisten en un actuador piezoeléctrico pegado a un cuerpo de polímero que se imprime en 3D utilizando litografía de polimerización de dos fotones (TPP). El actuador genera vibración y se alimenta externamente porque ninguna batería es lo suficientemente pequeña como para caber en el robot. Las vibraciones también pueden provenir de un agitador piezoeléctrico debajo de la superficie sobre la cual se mueven los robots, de una fuente de ultrasonido / sonar, o incluso de un pequeño altavoz acústico.

Las vibraciones mueven las piernas elásticas hacia arriba y hacia abajo, impulsando el micro-bot hacia adelante. Cada robot puede diseñarse para responder a diferentes frecuencias de vibración según el tamaño de la pata, el diámetro, el diseño y la geometría general. La amplitud de las vibraciones controla la velocidad a la que se mueven los micro-bots.

"A medida que los micro-cerdas se mueven hacia arriba y hacia abajo, el movimiento vertical se traduce en un movimiento direccional al optimizar el diseño de las piernas, que parecen cerdas", explicó Ansari. "Las patas del micro-robot están diseñadas con ángulos específicos que les permiten doblarse y moverse en una dirección en respuesta resonante a la vibración".

Los micro bristle-bots se fabrican en una impresora 3D utilizando el proceso TPP, una técnica que polimeriza un material de resina de monómero. Una vez que la porción del bloque de resina golpeada por la luz ultravioleta se ha desarrollado químicamente, el resto se puede lavar, dejando la estructura robótica deseada.

"Es escribir en lugar de la litografía tradicional", explicó Ansari. "Te quedas con la estructura que escribes con un láser en el material de resina. El proceso ahora toma bastante tiempo, así que estamos buscando formas de ampliarlo para hacer cientos o miles de micro-bots a la vez". Algunos de los robots tienen cuatro patas, mientras que otros tienen seis. El primer autor DeaGyu Kim hizo cientos de pequeñas estructuras para determinar la configuración ideal.

Los actuadores piezoeléctricos, que usan el material plomo titanato de circonato (PZT), vibran cuando se les aplica voltaje eléctrico. A la inversa, también pueden usarse para generar un voltaje, cuando se vibran, una capacidad que los micro-cerdas-bots podrían usar para encender los sensores a bordo cuando son accionados por vibraciones externas.

Ansari y su equipo están trabajando para agregar capacidad de dirección a los robots al unir dos robots de cerdas ligeramente diferentes. Debido a que cada uno de los micro-bots unidos respondería a diferentes frecuencias de vibración, la combinación podría ser dirigida variando las frecuencias y amplitudes. "Una vez que tienes un micro robot totalmente orientable, puedes imaginarte hacer muchas cosas interesantes", dijo.

Otros investigadores han trabajado en micro-robots que usan campos magnéticos para producir movimiento, anotó Ansari. Si bien esto es útil para mover enjambres completos a la vez, las fuerzas magnéticas no pueden usarse fácilmente para dirigirse a robots individuales dentro de un enjambre. Se cree que los micro-bristle-bots creados por Ansari y su equipo son los robots más pequeños alimentados por vibración.

Los micro-bristle-bots tienen aproximadamente dos milímetros de largo, 1,8 milímetros de ancho y 0,8 milímetros de grosor, y pesan aproximadamente cinco miligramos. La impresora 3D puede producir robots más pequeños, pero con una masa reducida, las fuerzas de adhesión entre los dispositivos pequeños y una superficie pueden ser muy grandes. A veces, los micro-bots no pueden separarse de las pinzas que se usan para recogerlos.

Ansari y su equipo han construido un "patio de recreo" en el que múltiples micro-bots pueden moverse a medida que los investigadores aprenden más sobre lo que pueden hacer. También están interesados en desarrollar micro-bots que puedan saltar y nadar.

"Podemos observar el comportamiento colectivo de las hormigas, por ejemplo, y aplicar lo que aprendemos de ellas a nuestros pequeños robots", agregó. "Estos micro-bristle-bots caminan muy bien en un entorno de laboratorio, pero hay mucho más que tendremos que hacer antes de que puedan salir al mundo exterior".  @mundiario