MADRID, 3 Feb. (EUROPA PRESS) -
Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) de Estados unidos han ideado una nueva forma de diseñar articulaciones similares a las rodillas en robots, llamadas articulaciones de contacto rodante, que podrían conducir a mejores pinzas robóticas, dispositivos de asistencia más personalizados para humanos y robots que se muevan con tanta gracia como los animales.
Publicado en las 'Actas de la Academia Nacional de Ciencias', el nuevo enfoque optimiza el diseño de las articulaciones rodantes en una computadora. Esto se logra ajustando simultáneamente la forma de cada uno de los componentes clave de la articulación para que se ajuste a la fuerza o aplicación deseada, como el extremo de una pinza robótica o el apéndice de un robot de apariencia humana.
"Intentamos concebir el diseño de robots como una estrecha relación con la tarea y el control", aclara Robert J. Wood, profesor de Ingeniería y Ciencias Aplicadas Harry Lewis y Marlyn McGrath y autor principal del artículo.
"Nuestro objetivo es delegar la mayor parte posible del control del movimiento a la mecánica y los materiales del robot, para que el sistema de control pueda centrarse en los objetivos de la tarea --explica--. Los métodos de Colter logran precisamente eso, y de una forma muy elegante, tanto matemática como mecánicamente".
La idea de desarrollar una mejor manera de diseñar articulaciones surgió de otro proyecto en el laboratorio de Wood: cómo fabricar una pinza robótica suave que pudiera envolver suavemente los objetos pero también aplicar fuerzas fuertes.
La búsqueda de formas de combinar enlaces rígidos con articulaciones suaves y flexibles (muy parecidas a los huesos y cartílagos de una mano humana) los llevó a estudiar de cerca las articulaciones de contacto rodante, que son pares de superficies curvas que ruedan una contra la otra y se mantienen unidas con conectores flexibles. En robótica, la decisión sobre el movimiento de una articulación suele gestionarse mediante software y algoritmos de control. En este nuevo enfoque, estas decisiones determinan el diseño geométrico de cada articulación.
Si bien los cojinetes y los eslabones de cuatro barras se utilizan más ampliamente como uniones en los robots existentes, las uniones de contacto rodante ofrecen ventajas únicas como flexibilidad, baja fricción y alta resistencia al desgaste que las convierten en opciones favorables en aplicaciones específicas, añade Colter Decker, estudiante de doctorado en SEAS y primer autor del estudio.
Para demostrar su nuevo método de diseño, el equipo construyó dos prototipos: una articulación similar a una rodilla y una pinza robótica de dos dedos.
Los dispositivos de asistencia para la rodilla y los exoesqueletos suelen utilizar cojinetes simples colocados cerca de la rodilla, lo que puede provocar una desalineación dolorosa, ya que una rodilla real se articula, pero también se desplaza, rueda y se desliza.
Al mapear la trayectoria promedio de una rodilla humana, los investigadores utilizaron su nuevo método para crear una articulación de contacto rodante optimizada que imita fielmente el movimiento de la rodilla real. Compararon su articulación diseñada a medida con una estándar.
La articulación optimizada tuvo un rendimiento espectacular, corrigiendo la desalineación en un 99% en comparación con dispositivos estándar. Los resultados apuntan a un futuro en el que dispositivos como rodilleras, exoesqueletos o incluso prótesis articulares podrían adaptarse al movimiento articular exacto de cada individuo.
Con su prototipo de pinza robótica, optimizaron las articulaciones para que los dedos aplicaran la máxima fuerza según el tamaño del objeto. Su pinza pudo soportar más del triple de peso que una versión construida con articulaciones circulares y poleas estándar para la misma entrada del actuador.
Mientras que las juntas de contacto rodante tradicionales se construyen a partir de superficies circulares, el nuevo método matemático del equipo de Harvard permite formas no circulares e irregulares que siguen trayectorias inusuales.
La capacidad de optimizar articulaciones similares a las humanas para diferentes aplicaciones abre muchas vías de exploración, desde robots para tareas específicas hasta robótica asistida y el estudio de la biomecánica animal, resume Decker. "Ahora que podemos diseñar las articulaciones, podemos empezar a aplicarlas a todos estos escenarios", finaliza.
