Una imagen compuesta de la pierna robótica, con músculos artificiales integrados, doblando el tobillo y la rodilla.
Los futuros robots pronto podrían tener mucha más potencia muscular. Los ingenieros de la Universidad Northwestern han desarrollado un músculo artificial suave, allanando el camino para los robots a escala de animales y humanos sin ataduras. Los nuevos músculos, o actuadores, proporcionan el rendimiento y las propiedades mecánicas necesarias para construir sistemas musculoesqueléticos robóticos.
Para demostrar las capacidades del músculo artificial, los ingenieros las implementaron en una pierna humanoide de tamaño real, completo con “huesos” de plástico rígido, “tendones” elásticos e incluso un sensor que permite al robot “sentir” sus movimientos. La pierna usó tres músculos artificiales, un cuátilpes, isquiotibros y terneros, para doblar las articulaciones de las rodillas y el tobillo. Los músculos son lo suficientemente cumplidos como para absorber los impactos, pero aún así pueden aplicar suficiente fuerza y movimiento para patear un voleibol de un pedestal.
La nueva innovación de materiales bioinspirados podría cambiar la forma en que los robots caminan, corren, interactúan con los humanos y navegan por el mundo que los rodea.
El estudiar fue publicado el 24 de julio en la revista Advanced Materials.
“Los robots se construyen típicamente a partir de materiales y mecanismos rígidos que permiten un movimiento preciso para tareas específicas”, dijo Ryan Truby de Northwestern, autor principal del estudio. “Pero el mundo real cambia constantemente e increíblemente complejo. Nuestro objetivo es construir cuerpos robóticos bioinspirados que puedan ser flexibles, adaptables y adoptar la incertidumbre del mundo físico.
“Esto incluye reunir no solo los músculos artificiales prácticos, sino también los componentes de tendones y tendones o ligamentos para la robótica. Si podemos hacer eso, entonces los robots no se volverán más reilindentes y adaptables. Podrán aprovechar la mecánica de los materiales más suaves para ser más eficientes”.
Truby es el profesor junior de Ciencia e Ingeniería e Ingeniería Mecánica de Materiales de June y Donald Brewer en la McCormick School of Engineering, donde dirige el laboratorio de materia robótica. Taekyoung Kim, un erudito postdoctoral en Truby’s Lab, es el primer autor del estudio.
Crédito: Northwestern University
Desafíos actuales para replicar el músculo
Los robots rígidos, rígidos y torpes y actuales tienen dificultades para adaptarse suavemente al terreno desigual o realizar tareas complejas y delicadas sin romper otros objetos o herirse.
“Es difícil hacer que los robots sin cumplimiento físico respondan o se adapten suavemente a los cambios externos e interactúen de forma segura con los humanos”, dijo Kim. “Para hacer que los robots futuros se muevan de manera más natural y segura en entornos no estructurados, necesitamos diseñarlos más como cuerpos humanos, con esqueletos duros y actuadores suaves y musculares”.
Más recientemente, los robotistas han comenzado a desarrollar actuadores blandos con propiedades mecánicas similares a los músculos. Pero los enfoques actuales a menudo necesitan equipos grandes y pesados para alimentarlos o conducirlos. E, incluso entonces, no son lo suficientemente duraderos y no pueden generar suficiente fuerza para completar tareas reales.
“Es realmente difícil diseñar materiales blandos para realizar como músculo”, dijo Truby. “Incluso si puede hacer un movimiento material como un músculo artificial, hay muchos otros desafíos, como transmitir la fuerza suficiente con suficiente potencia. Interfactarlos con características rígidas como hueso presenta aún más problemas”.
Hacer el músculo artificial
Para superar estos desafíos, el equipo buscó un actuador desarrollado previamente en el laboratorio de Truby. En el corazón del actuador hay una estructura cilíndrica impresa en 3D llamada “auxética de cizallamiento de mano” (HSA). El HSA tiene una estructura compleja que permite movimientos y propiedades únicos, como extender y expandirse cuando se retuerce.
El movimiento de torsión necesario para mover el HSA puede ser generado por un motor eléctrico pequeño e integrado. Kim desarrolló un método de HSA de impresión en 3D a partir de un caucho común y económico que se usa a menudo en los casos de teléfonos celulares.
En su nuevo diseño, el equipo encerró el HSA en una estructura de fuelle de origami de goma que permite que el motor giratorio impulse la extensión y la contracción de los actuadores ensamblados. Los actuadores ahora empujan y tiran de una fuerza impresionante, actuando como músculos artificiales. El músculo incluso puede endurecerse dinámicamente cuando se actúa, al igual que un músculo humano.
Cada músculo pesa casi tanto como una pelota de fútbol y es un poco más grande que una lata de refresco. Puede estirar hasta el 30% de su longitud, encoger y levantar objetos 17 veces más pesados que sí mismo. Quizás lo más crucial para su uso en cuerpos robóticos, el músculo puede ser alimentado por la batería, sin pasar por la necesidad de equipos externas pesados.
Una pierna a escala humana que puede ‘patear’ y ‘sentir’
Para demostrar el potencial del mundo real del músculo, Truby, Kim y su equipo usaron la impresión 3D para construir una pierna robótica del tamaño humano. El equipo construyó los “huesos” de la pierna a partir de los conectores de plástico rígido y inspirados en el tendón con el caucho. Los tendones elásticos conectan los músculos cuádriceps y isquiotibiales al hueso del vástago y el músculo de la pantorrilla a la estructura del pie. Los tendones y los músculos ayudaron a amortiguar los movimientos y absorber choques, similar a un sistema musculoesquelético biológico.
El equipo también agregó un sensor flexible y impreso en 3D que permite que la pierna “sienta” su propio músculo. Diseñado como un sándwich, se aplica una capa conductora de plástico flexible entre dos capas no conductivas. Cuando el músculo artificial se mueve, el sensor también lo hace. A medida que se extiende, su resistencia eléctrica cambia, lo que permite al robot sentir cuánto se extiende o contrata su músculo.
La pierna resultante es compacta y con batería. Una sola carga de una batería portátil suministró suficiente energía para permitir que la pierna doblara la rodilla miles de veces en una hora. Lograr capacidades similares con otras tecnologías de actuadores blandos sería difícil, si no poco práctico.
“Al ingeniería de nuevos materiales para la robótica con el rendimiento y las propiedades de los sistemas musculoesqueléticos biológicos, podemos construir robots para ser más resistentes y robustos para el uso del mundo real”, dijo Truby. “Estamos emocionados de ver cómo estos músculos artificiales pueden generar nuevas direcciones para los robots humanoides y animales”.
Más información: Taekyoung Kim et al, actuadores blandos diseñados para sistemas musculoesqueléticos artificiales, materiales avanzados (2025). Dos: 10.1002/ADMA.202501290
Proporcionado por la Universidad Northwestern
Cita: los músculos artificiales bioinspirados permiten a las extremidades robóticas para empujar, levantar y patear (28 de julio, 28 de julio) recuperado el 28 de julio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-07-bioinspired-artificial-muscles-enable-robotic.html
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