Diseño personalizado para hápticos kinestésicos portátiles. Crédito: Nature Communications (2025). Doi: 10.1038/s41467-024-55591-2
Es fácil dar por sentado la movilidad conjunta. Sin pensar, es lo suficientemente simple como para girar las páginas de un libro o doblarse para estirar un músculo dolorido. Los diseñadores no tienen el mismo lujo. Al construir una articulación, ya sea para un robot o muñequera, los diseñadores buscan la personalización en todos los grados de libertad, pero a menudo están restringidos por su versatilidad para adaptarse a los diferentes contextos de uso.
Investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Carnegie Mellon han desarrollado un algoritmo para diseñar metaestructuras que sean reconfigurables en seis grados de libertad y permiten la sintonización de rigidez. El algoritmo puede interpretar los movimientos cinemáticos que se necesitan para múltiples configuraciones de un dispositivo y ayudar a los diseñadores a crear dicha reconfigurabilidad. Este avance brinda a los diseñadores un control más preciso sobre la funcionalidad de las articulaciones para diversas aplicaciones.
El equipo demostró las capacidades versátiles de la estructura a través de múltiples dispositivos portátiles adaptados para funciones de movimiento únicas, áreas corporales y usos.
“En el caso del síndrome del túnel carpiano, una muñeca típica evita que los pacientes hagan ejercer sus articulaciones en todo momento para evitar lesiones y promover la curación. Pero a menudo durante la rehabilitación, los pacientes aún necesitan mover momentáneamente sus articulaciones para llevar a cabo las tareas que no suelen ser fácil de hacer.
“Debido a que nuestras estructuras pueden reconfigurar para bloquear y desbloquear selectivamente los movimientos, puede restringir los movimientos para cumplir con la función de un aparato ortopédico durante la mayoría de las veces, pero permitir selectivamente al paciente mover su articulación de manera prevista durante períodos cortos de tiempo.
Para el estudio publicado en Nature Communications, los cables de calentamiento resistivo agregados a la metaestructura impresa en 3D permiten a las estructuras reconfigurar sus grados de libertad de movimiento durante el uso. En el futuro, el equipo cree que tendrán la tecnología necesaria para fabricar aditivamente todo el dispositivo como una sola pieza. Esto reduciría los costos de producción y permitiría dispositivos asequibles con una funcionalidad mejorada.
Crédito: Universidad Carnegie Mellon
“Este es un proyecto de puerta de entrada para aplicaciones emocionantes”, dijo Dinesh K. Patel, científico de investigación. “Nuestro algoritmo es material agnóstico, por lo que en el futuro, podríamos buscar crear dispositivos con materiales suaves y flexibles para un uso más cómodo”.
Los robotistas podrían beneficiarse de la capacidad de la estructura para reconfigurar la movilidad articular porque un robot diseñado para múltiples propósitos podría necesitar diferentes movilidades. La capacidad de diseñar juntas con reconfigurabilidad programable y arbitraria podría ser un “santo grial” para crear robots versátiles. Por ejemplo, como parte de un robot a ayuda de casa, una articulación podría permitir algunos grados rotacionales de libertad para imitar una extremidad humana. El robot podría interactuar con objetos con capacidades de mano humana.
Sin embargo, al interactuar con objetos blandos o en el agua, la articulación podría reconfigurar para proporcionar más grados de libertad, así como reducir su rigidez, lo que permite que la extremidad se transforme funcionalmente en un tentáculo para obtener un mejor agarre y natación.
Además, la capacidad del dispositivo para reconfigurar y proporcionar diversas rigidez le permite imitar la sensación de toques de materiales que van desde las superficies suaves hasta las superficies metálicas. Esto podría avanzar en la realidad aumentada para la rehabilitación y la capacitación médica.
“En este campo, no había habido un método generalizable para diseñar estructuras cinemáticas reconfigurables y conformes. Era importante para nosotros democratizarlos y expandir su versatilidad para una aplicación más amplia”, dijo Yang.
“Muestra cómo los mecanismos pueden aumentar aún más la inteligencia material para lograr nuestra visión definitiva de materia y máquinas inteligentes físicamente incorporadas”, dijo Lining Yao, uno de los principales investigadores que supervisan el proyecto y ahora profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de California, Berkeley.
Más información: Humphrey Yang et al, un diseño de metaestructura compatible con reconfigurabilidad de hasta seis grados de libertad, comunicaciones de la naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41467-024-55591-2
Proporcionado por la Universidad Carnegie Mellon
Cita: las juntas que cambian de forma podrían transformar dispositivos portátiles y movimiento robótico (2025, 8 de mayo) Recuperado el 8 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-Shifting- Junts- Wearable-devices-Robotic.html
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