Elizabeth Blackert es una alumna doctoral de la Universidad de Rice que es la primera autora en un estudio publicado en Advanced Intelligent Systems. Crédito: Jeff Fitlow/Rice University
Los investigadores de la Universidad de Rice han desarrollado un brazo robótico suave capaz de realizar tareas complejas, como navegar en torno a un obstáculo o golpear una pelota, guiarse y alimentarse de forma remota por vigas láser sin ningún electrón o cableado a bordo. La investigación podría informar nuevas formas de controlar dispositivos quirúrgicos implantables o máquinas industriales que necesitan manejar objetos delicados.
En un estudio de prueba de concepto que integra materiales inteligentes, aprendizaje automático y un sistema de control óptico, un equipo de investigadores de arroz dirigido por el científico de materiales Hanyu Zhu usó un dispositivo de patrón ligero para inducir con precisión el movimiento en un brazo robótico hecho de un elastómero de cristal líquido de azobenzeno, un tipo de polímero que responde a la luz.
Según el estudio publicado en Advanced Intelligent Systems, el nuevo sistema robótico incorpora una red neuronal capacitada para predecir el patrón de luz exacto necesario para crear movimientos específicos del brazo. Esto facilita que el robot ejecute tareas complejas sin necesidad de una entrada igualmente compleja de un operador.
“Esta fue la primera demostración de control automatizado en tiempo real, reconfigurable y automatizado sobre un material sensible a la luz para un brazo robótico suave”, dijo Elizabeth Blackert, una alumna doctoral de arroz que es la primera autora en el estudio.
Los robots convencionales generalmente implican estructuras rígidas con elementos móviles como bisagras, ruedas o pinzas para permitir un rango de movimiento predefinido y relativamente limitado. Los robots blandos han abierto nuevas áreas de aplicación en contextos como la medicina, donde se requiere interactuar de manera segura con objetos delicados. Los llamados robots continuos son un tipo de robot suave que renuncia a las limitaciones de movilidad, lo que permite el movimiento adaptativo con un grado de libertad ampliamente ampliado.
Los investigadores de Rice han desarrollado un brazo robótico suave capaz de realizar tareas complejas, como navegar en torno a un obstáculo o golpear una bola, guiarse y alimentarse de forma remota por vigas láser sin electrónica o cableado a bordo. Crédito: Jeff Fitlow/Rice University; Video presentación de diapositivas de Silvia Cernea Clark/Universidad de Rice
“Un desafío importante en el uso de materiales blandos para robots es que están atados o tienen una funcionalidad muy simple y predeterminada”, dijo Zhu, profesor asistente de ciencia de materiales y nanoingeniería. “Construir robots blandos de forma remota y arbitrariamente programable requiere una combinación única de experiencia que involucre el desarrollo de materiales, diseño del sistema óptico y capacidades de aprendizaje automático. Nuestro equipo de investigación se adaptaba exclusivamente a este trabajo interdisciplinario”.
El equipo creó una nueva variación de un elastómero que se encoge bajo la luz láser azul y luego se relaja y vuelve a crecer en la oscuridad, una característica conocida como tiempo de relajación rápida que hace posible el control en tiempo real. A diferencia de otros materiales sensibles a la luz que requieren luz ultravioleta dañina o tardan minutos en reiniciarse, este funciona con longitudes de onda más seguras y más largas y responde en segundos.
“Cuando brillamos en un láser en un lado del material, la reducción hace que el material se dobla en esa dirección”, dijo Blackert. “Nuestro material se inclina hacia la luz láser como lo hace un tallo de flor hacia la luz del sol”.
Para controlar el material, los investigadores utilizaron un modulador de luz espacial para dividir un solo haz láser en múltiples rayos, cada uno dirigido a una parte diferente del brazo robótico. Los Beamlets se pueden encender o apagar y ajustar en intensidad, permitiendo que el brazo se dobla o se contraiga en cualquier punto dado, al igual que los tentáculos de un pulpo. En principio, esta técnica puede crear un robot con grados de libertad prácticamente infinitos, más allá de las capacidades de los robots tradicionales con articulaciones fijas.
Elizabeth Blackert, una alumna doctoral de la Universidad de Rice, dijo que el elastómero de cristal líquido utilizado para el brazo robótico “se dobla hacia la luz láser como lo hace un tallo de flor hacia la luz solar”. Crédito: Jeff Fitlow/Rice University.
“Lo nuevo aquí es usar el patrón de luz para lograr cambios complejos de forma”, dijo Rafael Verduzco, profesor y presidente asociado de ingeniería química y biomolecular y profesor de ciencia de materiales y nanoingeniería. “En el trabajo previo, el material en sí estaba modelado o programado para cambiar la forma de una manera, pero aquí el material puede cambiar de múltiples maneras, dependiendo del patrón de vigas láser”.
Para entrenar un brazo de este tipo multiparamétrico, el equipo realizó un pequeño número de combinaciones de configuraciones de luz y registró cómo el brazo robot se deformó en cada caso, utilizando los datos para entrenar una red neuronal convolucional, un tipo de inteligencia artificial utilizada en el reconocimiento de imágenes. Luego, el modelo pudo generar el patrón de luz exacto necesario para crear una forma deseada, como flexión o un movimiento de alcance.
El prototipo actual es plano y se mueve en 2D, pero las versiones futuras podrían doblarse en tres dimensiones con sensores y cámaras adicionales.
“Este es un paso para tener una robótica más segura y más capaz para diversas aplicaciones que van desde dispositivos biomédicos implantables hasta robots industriales que manejan productos blandos”, dijo Blackert.
Más información: Elizabeth R. Blackert et al, robótica blanda controlada por la espatiotemporalmente con elastómeros de cristal líquido ópticamente receptivos, sistemas inteligentes avanzados (2025). Doi: 10.1002/aisy.202500045
Proporcionado por la Universidad de Rice
Cita: Light and AI Drive Motion Precise Motion en Brazo robótico suave (2025, 9 de junio) Recuperado el 9 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-ai-precise-motion-soft-roft-robotic.html
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