Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) han desarrollado válvulas suaves accionadas eléctricamente que pueden controlar actuadores suaves hidráulicos. Según el equipo, estas válvulas podrían aplicarse en dispositivos de asistencia y terapéuticos, pinzas blandas, robots blandos bioinspirados, robots quirúrgicos y mucho más.
Desafío de construir robots blandos
Los investigadores aún luchan por construir robots completamente blandos porque requieren muchos componentes para alimentar los dispositivos, y estos dispositivos son rígidos. Los robots blandos impulsados por fluidos presurizados abren nuevas oportunidades para interactuar con objetos delicados, algo que los robots rígidos tradicionales no pueden hacer. Es por eso que el nuevo desarrollo es tan crucial.
La investigación fue publicada en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS). Fue apoyado por la Fundación Nacional de Ciencias y la Iniciativa Robótica Nacional.
Robert J. Wood es profesor Harry Lewis y Marlyn McGrath de ingeniería y ciencias aplicadas en SEAS y autor principal de la investigación.
“Los sistemas de regulación rígidos de hoy en día limitan considerablemente la adaptabilidad y la movilidad de los robots blandos impulsados por fluidos”, dijo Wood. “Aquí, hemos desarrollado válvulas suaves y livianas para controlar actuadores hidráulicos suaves que abren posibilidades para controles suaves a bordo para futuros robots fluidos suaves”.
Válvulas blandas
Si bien las válvulas blandas han existido por un tiempo, ninguna ha alcanzado aún la presión o los caudales requeridos para los actuadores hidráulicos existentes. Para evitar esto, el equipo desarrolló nuevos actuadores de elastómero dieléctrico dinámico accionados eléctricamente, o DEA. Con una densidad de potencia ultra alta y un peso ligero, estos actuadores blandos pueden funcionar durante cientos de miles de ciclos.
Luego, el equipo combinó los nuevos actuadores de elastómero dieléctrico con un canal blando, lo que creó una válvula blanda para el control fluídico.
Siyi Xu es estudiante de posgrado en SEAS y primera autora del artículo.
“Estas válvulas blandas tienen un tiempo de respuesta rápido y pueden controlar la presión fluídica y las tasas de flujo que se ajustan a las necesidades de los actuadores hidráulicos”, dijo Xu. “Estas válvulas nos brindan un control rápido y poderoso de actuadores hidráulicos de escala macro y pequeña con un volumen interno que va desde cientos de microlitros hasta decenas de mililitros”.
Los investigadores utilizaron las válvulas blandas DEA para demostrar el control de actuadores hidráulicos de diferentes volúmenes. Pudieron lograr el control independiente de múltiples actuadores alimentados por una sola fuente de presión.
“Esta válvula DEA compacta y liviana es capaz de un control eléctrico sin precedentes de los actuadores hidráulicos, lo que muestra el potencial para el futuro control de movimiento a bordo de robots impulsados por fluidos blandos”, dijo Xu.
Otros coautores de la investigación incluyeron a Yufeng Chen, Nak-Seung Patrick Hyun y Kaitlyn Becker.