Ramificación en control de robótica blanda

Los brazos robóticos blandos ofrecen un enfoque revolucionario para manipular objetos e interactuar con el entorno. A diferencia de sus homólogos rígidos, los brazos robóticos blandos están fabricados con materiales flexibles, como elastómeros o textiles, y normalmente funcionan con sistemas neumáticos o hidráulicos. Este diseño único les permite doblarse, deformarse y adaptarse a su entorno, otorgándoles un amplio rango de movimiento y destreza.

La flexibilidad inherente y el cumplimiento de los robots blandos les permiten navegar a través de espacios complejos y confinados con facilidad. Por ejemplo, pueden llegar a grietas estrechas, manejar objetos delicados sin causar daños o incluso navegar a través de entornos desordenados. Esto los hace particularmente valiosos en aplicaciones como misiones de búsqueda y rescate, exploración en entornos peligrosos o procedimientos médicos donde la precisión y la adaptabilidad son cruciales.

Sin embargo, son estas mismas propiedades las que valoramos en los brazos robóticos suaves que los hacen difíciles de controlar. La mejor manera de desarrollar un mecanismo de control eficaz que pueda manejar la flexibilidad y la deformabilidad de los materiales involucrados sigue siendo un área activa de investigación. La mayoría de las soluciones actuales se basan en soluciones basadas en cámaras que funcionan lo suficientemente bien, pero no pueden usarse fuera de un entorno de laboratorio en diversos escenarios del mundo real.

Un equipo compuesto por investigadores de la Escuela de Estudios Avanzados de Sant'Anna y la Universidad Nacional de Singapur abordó este problema desde un ángulo completamente diferente. Reconociendo que la vida vegetal cubre prácticamente todos los hábitats de la Tierra y que muchas plantas son blandas y flexibles como los robots blandos, idearon un sistema de control basado en el movimiento de las plantas. Creían que al adoptar principios de movimiento similares, podrían diseñar un robot suave capaz de ser controlado en casi cualquier condición, no solo en condiciones ideales de laboratorio.

Contrariamente a la creencia popular, las plantas se mueven para lograr propósitos específicos, como buscar luz solar o nutrientes. Pero a diferencia del sistema muscular que utilizan los humanos y los animales para moverse, el movimiento de las plantas se rige por el crecimiento. Esto se puede lograr, por ejemplo, liberando hormonas que hacen que las células de un lado del tallo crezcan más rápidamente que las del otro lado. Los investigadores describieron este proceso de control del crecimiento como algo parecido a un mecanismo informático descentralizado.

El controlador se implementó en un brazo continuo modular accionado por cable de 9 DoF. Tres actuadores dispuestos radialmente permiten que el brazo se doble en seis direcciones principales. Se incrustaron sensores de proximidad cerca del efector final para proporcionar información sobre la ubicación del brazo en relación con un objetivo. Se aprovecharon herramientas de inteligencia artificial basadas en el comportamiento, que consisten en agentes informáticos descentralizados, para simular el mecanismo de crecimiento controlado de las plantas.

El algoritmo de aprendizaje fue entrenado para simular dos tipos de movimiento de plantas: circunnutación y fototropismo. La circunvalación es un movimiento helicoidal que se observa en muchos tipos de plantas, mientras que el fototropismo mueve una planta en una dirección particular para captar más luz solar.

Estos dos tipos de movimiento se utilizan inicialmente en una fase de exploración en la que el robot recopila información sobre su entorno. A esto le sigue una fase secundaria de alcance, en la que el brazo se mueve hacia un objetivo predefinido para lograr un objetivo específico.

Si bien esto puede parecer una arquitectura algo simple para un controlador, ha demostrado ser eficaz. Y lo que es más importante, este es el primer sistema de control para robótica suave que tiene éxito en entornos del mundo real. Los investigadores señalan que sus métodos son aplicables a cualquier brazo robótico blando con un sistema de actuación similar, por lo que esta novedosa idea puede impulsar todo tipo de robots blandos en el futuro.

Actualmente, el equipo está trabajando para ampliar las capacidades de su controlador de movimiento. Además de alcanzar, esperan habilitar funcionalidades adicionales como el seguimiento de objetivos y el entrelazado de todo el brazo.