La trompa de los elefantes ayuda a resolver el compromiso entre fuerza y flexibilidad de la robótica convencional
Las trompas de los elefantes son fuertes pero sensibles: su piel gruesa y arrugada es resistente y confiere un sentido del tacto extraordinario, lo que les permite percibir texturas, fuerzas y formas mientras manipulan objetos. La flexibilidad motora y la percepción táctil se combinan así para efectuar tareas prensiles versátiles sin depender de articulaciones rígidas. El proyecto PROBOSCIS(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, traduce estos principios naturales a la robótica blanda con el objetivo de revolucionar la forma en que los robots manipulan objetos, creando sistemas inspirados en la destreza, la adaptabilidad y la resiliencia de la naturaleza.
Cómo la mecánica de la probóscide inspira el diseño robótico
En la reserva Adventures with Animals, en Sudáfrica, los investigadores trabajaron con elefantes adiestrados para estudiar cómo sus trompas manipulan objetos de diferentes formas y pesos. El equipo de la Universidad de Ginebra utilizó la captura de movimiento(se abrirá en una nueva ventana) para registrar los movimientos precisos de las probóscides de los elefantes. En Italia, en el ZooSafari de Fasano, los investigadores del Instituto Italiano de Tecnología y la Scuola Superiore Sant'Anna midieron la fuerza de agarre(se abrirá en una nueva ventana) empleando objetos diseñados a medida y analizaron el comportamiento de alcance de la trompa. La investigación se llevó a cabo en colaboración con los cuidadores de elefantes para garantizar el bienestar de los animales. A fin de comprender mejor la estructura y la compleja anatomía de la trompa, los investigadores realizaron estudios de imagen de alta resolución y análisis de tejidos en trompas de elefantes fallecidos por causas naturales en el Zoológico de Zúrich. Inspirándose en los resultados de estos estudios, el equipo del Instituto Italiano de Tecnología desarrolló músculos artificiales, actuadores flexibles y piel táctil para un brazo robótico. Los materiales funcionales fueron diseñados por la Universidad Hebrea de Jerusalén(se abrirá en una nueva ventana) para imprimir componentes similares a la espuma a pequeña escala, mientras que Photocentric, pyme socia del proyecto, desarrolló las técnicas de impresión 3D para producir componentes blandos para el robot a gran escala.
Mayor flexibilidad con menos componentes
«Al final desarrollamos un brazo robótico ligero y blando, de casi un metro de largo, capaz de doblarse, girar y enrollarse para agarrar objetos envolviéndolos. Esto se logró con apenas unos pocos actuadores, imitando la capacidad de los elefantes para hacer movimientos complejos con estrategias sencillas», comenta Lucia Beccai, coordinadora del proyecto. Los brazos robóticos continuos de última generación presentan a menudo problemas como, por ejemplo, discontinuidades mecánicas o dificultades para equilibrar el peso con la rigidez estructural (sobre todo a gran escala), pero este diseño supera esas limitaciones. Es probable que estos problemas expliquen por qué los brazos robóticos continuos de gran tamaño aún no hayan logrado consolidarse en las aplicaciones industriales.
Por qué la trompa de los elefantes es un modelo ideal para la robótica
El equipo de Ginebra cartografió la compleja distribución muscular de las trompas de los elefantes, lo que reveló cómo estos animales controlan esta estructura tan intrincada. «Los elefantes simplifican esta complejidad endureciendo ciertas partes de la trompa para guiar el movimiento. Parece que, en la zona distal de la trompa, la fuerza que se ejerce sobre un objeto se ajusta con precisión», explica Beccai. La piel de la trompa consta de distintas capas que le proporcionan resistencia, elasticidad y protección, sin dejar de presentar una elevada sensibilidad. Estas características explican cómo la trompa combina fuerza y delicadeza, convirtiéndola en un modelo ideal para la robótica. En la investigación también se demostró que los elefantes utilizan patrones de movimiento coherentes y repetitivos, así como retroalimentación táctil, para interactuar con su entorno de manera óptima. Este hecho inspiró estrategias de control que ayudaron a los robots a percibir y manipular objetos de forma más intuitiva y adaptativa.
La revolución de la robótica blanda en diferentes sectores
Los logros de PROBOSCIS auguran pinzas robóticas universales avanzadas para diversos sectores, incluidos la fabricación, la atención sanitaria y las operaciones de rescate. «En la fabricación, los manipuladores blandos y adaptables del futuro podrían manejar diversos objetos, incluidos productos deformables, mientras que en el procesado de alimentos podrían clasificar y evaluar con delicadeza frutas y verduras, sin dañarlas», afirma Beccai. «En la atención sanitaria, podrían ayudar a personas mayores o con discapacidad a efectuar tareas como levantar o manipular objetos. En último término, en operaciones de rescate, los robots podrían retirar escombros, localizar víctimas y trabajar en condiciones adversas con humo o sin luz, donde los sistemas tradicionales no funcionan».
