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(Noticias de Nanowerk) Músculos neumáticos artificiales, compuestos por estructuras impresas en 3D que pueden expandirse y contraerse según sea necesario: este es el diseño innovador de los actuadores GRACE, desarrollado por investigadores del Istituto Italiano di Tecnologia (IIT, Instituto Italiano de Tecnología) en Génova y la Scuola Superiore Sant’Anna (SSSA, Escuela Sant’Anna de Estudios Avanzados) en Pisa.
La obra se describe en Robótica Científica («Músculos artificiales biomiméticos impresos en 3D con actuadores suaves que se contraen y expanden») y los investigadores demostraron la versatilidad de los actuadores en una primera demostración, una mano neumática con 18 GRACE diferentes realizados en una sola impresión.
La creación de músculos artificiales es un objetivo muy ambicioso en el campo de la robótica, ya que el tejido muscular en la naturaleza tiene propiedades complejas que permiten una gran variedad de movimientos, desde contracciones rápidas y potentes hasta pequeños y precisos cambios en la forma del cuerpo, como los encontrado en las expresiones faciales humanas. Aunque las fibras musculares individuales solo pueden contraerse, su disposición específica en arquitecturas musculares complejas permite deformaciones articuladas como movimientos de flexión, torsión y antagonistas.
El equipo de investigación trabajó en este problema comenzando con los actuadores neumáticos individuales. Cada actuador puede expandirse, expandirse y contraerse fácilmente a través de su forma geométrica, que se asemeja a un eje contorneado y comprende una sola unidad que puede imprimirse en 3D y fabricarse con diferentes materiales y en diferentes tamaños. Varios GRACE, un acrónimo de actuadores basados en geometría que pueden contraerse y alargarse, se pueden imprimir listos para ensamblar en arquitecturas complejas para proporcionar los tipos de movimiento requeridos.
«Su tamaño está limitado únicamente por la tecnología de fabricación utilizada», comentó Corrado De Pascali, primer autor del estudio y estudiante de doctorado en el Laboratorio de Robótica Blanda Bioinspirada del IIT en Génova y en el Instituto BioRobótico de SSSA en Pisa. “Se pueden construir en diferentes tamaños, y podemos variar su comportamiento tanto en deformación como en resistencia, y fabricarlos con diferentes materiales y tecnologías, incluso ya integrados en las estructuras a fabricar”.
Los investigadores demostraron las propiedades de las GRACE mediante el uso de una impresora 3D comercial para imprimir una mano neumática en una sola construcción. El material utilizado fue una resina blanda y está compuesto por 18 GRACEs de diferentes tamaños y formas, por lo que con una presión de unas décimas de barra es posible doblar los dedos, rotar la palma y rotar la muñeca. La mano pesa alrededor de 100 gramos y es comparable en tamaño a una mano humana.
Los actuadores están diseñados para soportar más de 1000 veces su peso, según el material. De hecho, las fuerzas generadas y las presiones requeridas se pueden aumentar o disminuir utilizando materiales de mayor o menor rigidez, así como modificando el espesor de la membrana que compone estos actuadores, manteniendo las mismas prestaciones de contracción y extensión.
Los actuadores GRACE tienen características ideales para su aplicación en diversas soluciones robóticas, utilizando técnicas sencillas a muy bajo costo. Su facilidad de fabricación también los hace replicables fuera de los laboratorios de investigación, como en los laboratorios de fábrica disponibles para los fabricantes.
Estos resultados se han obtenido como parte de los estudios sobre musculatura animal previstos por el proyecto europeo FET Proboscis (Future and Emerging Technologies), coordinado por Lucia Beccai, y como parte de la investigación sobre robótica inspirada en organismos vivos, realizada por Bioinspired Soft Robotics del IIT, coordinado por Barbara Mazzolai en Génova y en colaboración con el Instituto de BioRobótica de la SSSA en Pisa.
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