Universidad norteamericana recibe contrato del Pentágono para desarrollar robots "blandos"

cubadebate.cu
14/08/08

Científicos de la universidad de Tufts han recibido un contrato de $3.3 millones de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa de los Estados Unidos (DARPA, por sus siglas en inglés) para desarrollar robots químicos tan suaves y gelatinosos que serán capaces de penetrar en espacios hasta de un centímetro, para después metamorfosearse y adquirir un tamaño 10 veces más grande, y finalmente biodegradarse.

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Las ventajas de la utilización de dispositivos no tripulados para llevar a cabo operaciones peligrosas o difíciles son evidentes, y Estados Unidos ha invertido en ellos durante los últimos años. Sin embargo, los robots rígidos de hoy día, construidos principalmente con materiales duros, no pueden navegar en ambientes complejos con aberturas de diversos tamaños y formas. Se ven limitados, por ejemplo, en edificios cuyas únicas vías de acceso pueden ser una ranura debajo de una puerta o el conducto de un cable de electricidad.

El equipo de Tufts diseñará estos robots químicos, o “chembots”, de manera que sean capaces de realizar hazañas que en la actualidad no puede lograr máquina alguna, según ha dicho el profesor de biología Barry Trimmer, profesor de ciencias naturales de Henry Bromfield Pearson y uno de los investigadores principales del proyecto. Entre estas tareas estarán la capacidad para introducirse en espacios cerrados o complejos, desplazarse a lo largo de cables, cuerdas o alambres, así como trepar a árboles y otras estructuras.

Según el Dr. Mitchell Zakin, director del programa de los chembots de la DARPA, este programa "representa la convergencia de la química de materiales blandos y la robótica. Es un enfoque totalmente nuevo de los robots que podría algún día brindar grandes ventajas tecnológicas a nuestras fuerzas armadas".

Los robots químicos podrían ampliar las posibilidades de los actuales vehículos terrestres no tripulados al lograr acceder a ambientes urbanos, túneles, cavernas y emplazamientos con escombros. Una vez en el lugar, los chembots de alto rendimiento energético podrían revisar la zona utilizando poca energía y después metamorfosearse para cumplir su tarea. Por ejemplo, podrían introducirse en un mecanismo explosivo improvisado para recopilar información o incluso para desactivarlo. Entre otras aplicaciones estarían la detección de minas terrestres, operaciones de búsqueda y rescate en condiciones peligrosas y el diagnóstico biomédico. Podrán además portar otros chembots en miniatura para acceder a lugares incluso más pequeños.

Orugas biónicas

El diseño de estos robots está inspirado en los resultados de los estudios del equipo sobre el sorprendente sistema neuromecánico de la oruga Manduca sexta y las extraordinarias propiedades materiales de los biopolímeros.

Los chembots de Tufts copiarán algunas de las habilidades de conducta de la oruga Manduca, entre ellas su flexibilidad, capacidad para trepar y cambio de tamaño -desde su nacimiento hasta el final de su etapa larvaria la oruga aumenta su masa 10 mil veces utilizando la misma cantidad de músculos y neuronas motoras. Trimmer ha estado estudiando el sistema nervioso y el comportamiento de esta oruga desde hace casi 20 años.

El uso de nuevos biomateriales tendrá un papel crucial en el éxito de este empeño. Si bien el equipo de Tufts construirá los primeros chembots utilizando materiales blandos sintéticos y activadores que están disponibles actualmente, en la próxima etapa del proyecto se utilizarán novedosos compuestos biónicos blandos que serán biocompatibles y biodegradables.

"El uso de sistemas de biopolímeros totalmente biodegradables permitirá emplear a los robots en una amplia gama de aplicaciones y ambientes, así como en situaciones médicas, sin necesidad de retirarlos una vez que hayan concluido la tarea encomendada", señaló David Kaplan, otro de los investigadores principales y profesor de ingeniería biomédica de la institución Stern Family y presidente de la cátedra de ingeniería biomédica. "Esperamos que estos dispositivos serán literalmente capaces de desaparecer una vez concluida su misión".

Los biomateriales serán diseñados con polímeros creados mediante ingeniería biológica, los cuales han sido objeto de estudio por parte del grupo durante muchos años.

La telemetría inalámbrica ahorra energía

El chembot deberá tener múltiples sensores ultrafinos para medir temperatura, presión, productos químicos, audio y video y para la comunicación inalámbrica. El equipo de Tufts ha estado desarrollando estrategias para la telemetría inalámbrica, incluida la tecnología que utiliza un 60% menos de electricidad que los dispositivos convencionales.

El proyecto tiene su base en el Laboratorio de tecnologías avanzadas de la universidad Tufts e incluirá a expertos en ingeniería biotisular, neuromecánica de animales de cuerpos blandos, ingeniería micromecánica, caracterización y modulación de materiales blandos, transmisión inalámbrica de datos y energía, diseño de circuitos integrados de modo múltiple, y fusión de sensores y navegación robótica móvil.

El equipo tiene previsto desarrollar prototipos de chembots de hasta dos gramos como mínimo y 200 gramos como máximo. De contar con acceso a las capacidades productivas apropiadas, los investigadores afirman que estos dispositivos podrían construirse a bajo costo y en grandes cantidades, así como a niveles micro y macro.

Trimmer, cuya especialidad es la neurobiología, ha estado utilizando la oruga Manduca como sistema modelo desde 1990 en el marco de donativos recibidos de los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias (http://ase.tufts.edu/biology/faculty/trimmer). Su objetivo ha sido llegar a comprender mejor la forma en que las orugas pueden controlar sus movimientos utilizando un cerebro simple y cómo pueden moverse con tanta flexibilidad sin tener articulaciones. Aplicando los resultados de sus estudios sobre las orugas, su laboratorio ha construido los primeros prototipos de robots totalmente blandos, que serán adaptados a este nuevo proyecto aprovechando los conocimientos de los ingenieros de Tufts.

Kaplan, cuyo laboratorio se dedica principalmente a la ingeniería de biopolímeros (http://ase.tufts.edu/biomedical/faculty-staff/kaplan.asp) ha develado el secreto de cómo las arañas y los gusanos de seda logran tejer sus telas y capullos a partir de fibras increíblemente resistentes pero flexibles. Su equipo ha aplicado la ingeniería genética y la nanotecnología para crear una “proteína de fusión” que combina por primera vez la resistencia de la seda de araña con la compleja estructura del silicio. Su trabajo con biopolímeros ha recibido el respaldo de la Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud, la Oficina de Investigaciones Científicas de la Fuerza Aérea y la Fundación W.M.Keck.

Además de Trimmer y Kaplan, el equipo estará integrado por Luis Dorfmann, Profesor Auxiliar de la cátedra de ingeniería civil y ambiental; Valencia Joyner, Profesor Auxiliar de ingeniería eléctrica y de computación; Gary Leisk, Conferenciante Principal de ingeniería mecánica; Sameer Sonkusale, Profesor Auxiliar de ingeniería eléctrica y de computación; y Robert White, Profesor Auxiliar de ingeniería mecánica.