Concepto de un robot musculoesquelético de red. Crédito: avances científicos (2025). Doi: 10.1126/sciadv.adu9856
El poderoso sprint de un guepardo, el ágil de una serpiente o el hábil agarre de un humano: cada uno es posible por la interacción sin costuras entre los tejidos suaves y rígidos. Los músculos, los tendones, los ligamentos y los huesos trabajan juntos para proporcionar la energía, la precisión y el rango de movimiento necesarios para realizar los movimientos complejos observados en todo el reino animal.
Replicar esta diversidad musculoesquelética en robótica es extremadamente desafiante. Hasta ahora, la impresión 3D que usa múltiples materiales ha sido una forma de crear robots rígidos suaves, y aunque este enfoque puede imitar la diversidad de los tejidos biológicos, significa que las propiedades clave como la rigidez o la resistencia de carga no se pueden controlar continuamente a través de una estructura robótica.
Ahora, un equipo dirigido por Josie Hughes en el laboratorio de diseño y fabricación de robots computacionales (Crear) en la Escuela de Ingeniería de EPFL ha desarrollado una innovadora estructura de red que combina la diversidad de tejidos biológicos con control robótico y precisión. La red, hecha de un material de espuma simple, está compuesto por unidades individuales (células) que pueden programarse para tener diferentes formas y posiciones. Estas células pueden asumir más de un millón de configuraciones diferentes e incluso combinarse para producir variaciones geométricas infinitas.
Crédito: avances científicos (2025). Doi: 10.1126/sciadv.adu9856
“Utilizamos nuestra técnica de celosía programable para construir un robot de elefante inspirado en musculoesquelética con un tronco suave que puede torcer, doblar y girar, así como más rígidas de la cadera, las articulaciones de la cadera, la rodilla y el pie”, dice el investigador posdoctoral Qinghua Guan. “Esto muestra que nuestro método ofrece una solución escalable para diseñar robots sin precedentes y adaptables”.
La investigación es publicado en avances científicos.
El Elebot. Crédito: 2025 Crear EPFL. CC por SA 4.0
Dos dimensiones de programación; Variaciones geométricas infinitas
La red programable del equipo se puede imprimir utilizando dos tipos de células principales con diferentes geometrías: la célula cúbica centrada en el cuerpo (BCC) y el Cubo X. Cuando cada tipo de célula se usa para imprimir 3D un “tejido” robótico, la red resultante tiene diferentes rigidez, deformación y propiedades de carga. Pero el método Crear laboratorio también les permite imprimir redes hechas de células híbridas cuya forma se encuentra en cualquier lugar del espectro entre BCC y X-Cube.
“Este enfoque permite la combinación espacial continua de los perfiles de rigidez y permite una gama infinita de células unitarias combinadas. Es particularmente adecuado para replicar la estructura de los órganos musculares como un tronco de elefante”, dice Ph.D. Estudiante Benhui Dai.
Además de modular la forma de cada célula, los científicos también pueden programar su posición dentro de la red. Esta segunda dimensión de programación les permite rotar y cambiar (traducir) cada celda a lo largo de su eje. Las células se pueden superponerse entre sí para crear combinaciones de células completamente nuevas, dando a la red resultante una gama aún más amplia de propiedades mecánicas. Para dar una idea de la escala de variaciones potenciales, un cubo de celosía con cuatro celdas superpuestas puede producir alrededor de 4 millones de configuraciones posibles, con más de 75 millones de configuraciones para cinco celdas.
Crédito: avances científicos (2025). Doi: 10.1126/sciadv.adu9856
Impermeable y listo para el sensor
Para su modelo de elefante, esta capacidad de programación dual permitió la fabricación de varios tipos de tejidos diferentes con rangos de movimiento únicos, incluida una articulación del plano deslizante (que se encuentra en los huesos pequeños del pie), una articulación uniaxial que se dobla (que se encuentra en la rodilla) y la articulación biaxial doblada de dos vías (encontradas en las puntas de los pies).
El equipo incluso pudo replicar el movimiento complejo del tronco muscular de un elefante mediante ingeniería de secciones de celosía separadas dedicadas a los movimientos de torcer, doblar y rotación, al tiempo que mantiene transiciones suaves y continuas entre ellas.
Hughes dice que, además de modificar el material de espuma o incorporar nuevas formas de células, su estructura de tecnología de celosía de espuma única ofrece muchas posibilidades emocionantes para futuras investigaciones de robótica.
“Al igual que el panal, la relación de fuerza / peso de la red puede ser muy alta, lo que permite robots muy livianos y eficientes. La estructura de espuma abierta es adecuada para el movimiento en los fluidos e incluso ofrece el potencial para incluir otros materiales, como los sensores, dentro de la estructura para proporcionar una inteligencia adicional sobre las espumas”.
Más información: Qinghua Guan et al, estructura de celosía robots musculoesqueléticos: aprovechar la topología geométrica programable y la anisotropía, los avances científicos (2025). Dos: 10.1126/sciadv.adu9856
Proporcionado por Ecole Polytechnique Federal de Lausanne
Cita: Elephant Robot demuestra la tecnología de impresión 3D bioinspirada (2025, 16 de julio) Recuperado el 16 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-elephant-robot-bioinspired-3d-technology.html
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