Un robot flexible pero robusto está diseñado para "crecer" como una planta



En las fábricas y almacenes de hoy, no es raro ver robots girando a toda velocidad, transportando objetos o herramientas de una estación a otra. En su mayor parte, los robots navegan con bastante facilidad a través de diseños abiertos. Pero les resulta mucho más difícil navegar por espacios estrechos para tareas como buscar un producto en la parte posterior de un estante abarrotado o escabullirse alrededor de las piezas del motor del automóvil para desenroscar un tapón de aceite.

Hoy, los ingenieros del MIT han desarrollado un robot diseñado para extender un apéndice en forma de cadena que es lo suficientemente flexible como para rotar en todas las configuraciones necesarias, pero lo suficientemente rígido como para soportar cargas pesadas o aplicar torque para ensamblar. habitaciones en espacios reducidos. Cuando se completa la tarea, el robot puede retraer el apéndice y extenderlo nuevamente, a una longitud y forma diferentes, para adaptarse a la siguiente tarea.

El diseño de los apéndices está inspirado en la forma en que crecen las plantas, lo que implica el transporte de nutrientes, en forma fluida, a la punta de la planta. Allí, se convierten en material sólido para producir, poco a poco, una barra de soporte.

Del mismo modo, el robot consiste en un "punto de crecimiento" o caja de cambios, que tira de una cadena suelta de bloques anidados dentro de la caja. Los engranajes en la caja luego bloquean las unidades de la cadena y avanzan la cadena, unidad por unidad, como un apéndice rígido.

Los investigadores presentaron el "robot en crecimiento" basado en plantas esta semana en la Conferencia Internacional IEEE sobre Robots y Sistemas Inteligentes (IROS) en Macao. Imaginan que se pueden montar abrazaderas, cámaras y otros sensores en la caja de cambios del robot, lo que le permite colarse en el sistema de propulsión de un avión y apretar un tornillo aflojado o agarrar un producto y agarrar un producto sin interrumpir la organización de las acciones circundantes. , entre otras tareas.

"Piense en cambiar el aceite de su automóvil", dice Harry Asada, profesor de ingeniería mecánica en el MIT. "Una vez que haya abierto el techo del motor, debe ser lo suficientemente flexible como para hacer un giro apretado, hacia la izquierda y hacia la derecha, para alcanzar el filtro de aceite, y luego lo suficientemente fuerte como para girar la tapa del filtro de aceite para quitarlo. ".

"Ahora tenemos un robot que puede realizar tales tareas", dice Tongxi Yan, un ex estudiante graduado en el laboratorio de Asada que dirigió el trabajo. "Puede crecer, retraerse y volver a crecer a una forma diferente, para adaptarse a su entorno".

El equipo también incluye a la estudiante graduada del MIT Emily Kamienski y al científico visitante Seiichi Teshigawara, quien presentó los resultados en la conferencia.

El ultimo pie

El diseño del nuevo robot es una rama del trabajo de Asada para resolver el "último problema con un pie", un término técnico que se refiere al último paso, o pie, de la tarea o misión exploratoria de un robot. Incluso si un robot pasa la mayor parte de su tiempo atravesando espacios abiertos, el último tramo de su misión puede involucrar una navegación más ágil en espacios más pequeños y complejos para llevar a cabo una tarea.

Los ingenieros han desarrollado varios conceptos y prototipos para resolver el último problema, incluidos los robots fabricados con materiales blandos similares a globos que crecen como enredaderas para colarse en grietas estrechas. Pero Asada dice que tales robots de estiramiento no son lo suficientemente robustos como para soportar "efectores finales" o complementos como alicates, cámaras y otros sensores que serían necesarios para realizar una tarea una vez que el robot ha vermiculizado su destino.

"Nuestra solución no es realmente flexible, sino un uso juicioso de materiales rígidos", dice Asada, profesor de ingeniería de la Fundación Ford.

Eslabones de la cadena

Una vez que el equipo definió los elementos funcionales generales del crecimiento de las plantas, buscó imitarlo en general, en un robot extensible.

"La realización del robot es totalmente diferente de una fábrica real, pero presenta el mismo tipo de funcionalidad, en cierto nivel abstracto", dice Asada.

Los investigadores diseñaron una caja de engranajes que representa la "punta de crecimiento" del robot, similar al brote de una planta, donde, a medida que más y más nutrientes fluyen al sitio, la punta alimenta un tallo más rígido. En la caja, corresponden a un sistema de engranajes y motores, que trabaja para extraer un material fluidizado; en este caso, una secuencia curva de unidades de plástico impresas en 3D anidadas entre sí, similar a una cadena de bicicleta.

Cuando la cadena se introduce en la caja, gira alrededor de un cabrestante, que pasa a través de un segundo conjunto de motores programados para bloquear algunas unidades de la cadena a las unidades vecinas, creando un apéndice rígido cuando sale de la cadena. caja.

Los investigadores pueden programar el robot para bloquear ciertas unidades juntas mientras dejan a las demás desbloqueadas, para formar formas específicas o para "crecer" en ciertas direcciones. De manera experimental, pudieron programar el robot para circunnavegar un obstáculo a medida que se desarrolla o crece desde su base.

"Se puede bloquear en diferentes lugares para curvarse de diferentes maneras y tener una amplia gama de movimientos", dice Yan.

Cuando la cadena está bloqueada y rígida, es lo suficientemente fuerte como para soportar un gran peso de una libra. Si se unió una pinza a la punta de crecimiento o caja de engranajes del robot, los investigadores afirmaron que el robot podría empujar el tiempo suficiente para colarse en un espacio estrecho y luego aplicar suficiente torque para aflojar un perno o desenroscar una tapa.

El mantenimiento automático es un buen ejemplo de lo que el robot podría hacer, según Kamienski. "El espacio debajo del capó está relativamente abierto, pero es el último paso en el que tienes que navegar alrededor de un bloque del motor o algo para alcanzar el filtro de aceite, que un brazo fijo no puede navegar. Este robot podría hacer algo como esto.

Esta investigación fue financiada en parte por NSK Ltd.

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