Pinza robótica logra combinar fuerza con delicadeza
Diseño innovador, inspirado en el kirigami japonés, capaz de soportar 16 mil veces su propio peso.
Pinzas robóticas suficientemente delicadas para pasar las páginas de un libro (Crédito: https://news.ncsu.edu/2023/08/robotic-grippers/)
Un grupo de investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte, con sede en Chapel Hill, EE.UU., ha desarrollado una pinza robótica sin precedentes.
Se trata de un dispositivo con diseño ovalado de tan solo 0.4 grs. de peso, pero lo suficientemente fuerte para alzar hasta 6.4 kg. de carga. El aparato tiene, asimismo, la delicadeza suficiente para levantar una gota de agua, la suficiente destreza para doblar tela y precisión sin precedentes como para levantar microfilms 20 veces más finos que el cabello humano. Se trata de un desarrollo no sólo versátil sino también innovador, ya que fija un nuevo estándar entre la relación del peso de la pinza robótica y la carga útil que es capaz de manipular. En ese sentido, se afirma que el ratio de carga útil/peso es de 16.000 veces, 2.5 veces mayor que el récord de ratio anterior de 6.400. La fuerza de estas pinzas, combinada con sus características de delicadeza y precisión, abre un abanico amplio de posibles usos.
Además de aplicaciones potenciales en manufactura alimenticia, farmacéutica y electrónica, los investigadores también integraron el dispositivo con tecnología que permite que la pinza sea controlada por los impulsos eléctricos producidos por músculos del antebrazo, demostrando con ello también su potencial para uso en prótesis robóticas.
En una nota de prensa de la mencionada institución académica, Jie Yin, una de las autora del estudio y profesora de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en la Universidad Estatal, comenta: “Es difícil desarrollar una única pinza suave que sea capaz de manipular objetos ultra delicados, objetos ultra finos y objetos pesados, debido a las compensaciones entre fuerza, precisión y delicadeza. Nuestro diseño logra un excelente equilibrio de estas características”.
a) Objetos de diferente forma, tamaño, dureza y peso que la pinza puede manipular. b) c) Demostración de la pinza agarrando gelatina y desecho médico granular filoso. d) e) Pinza hecha de hoja agarra una frutilla y un pedazo de carne. (Crédito: Hong, Y., Zhao, Y., Berman, J. et al. Angle-programmed tendril-like trajectories enable a multifunctional gripper with ultradelicacy, ultrastrength, and ultraprecision. Nat Commun 14, 4625 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-39741-6 )
La investigación recibió el apoyo de la National Science Foundation y fue publicada recientemente en la revista Nature Communications. El trabajo científico que plasma el diseño de estas nuevas pinzas, toma como punto de partida una generación anterior de pinzas robóticas flexibles, basadas en el arte japonés del kirigami, consistente en cortar y doblar pedazos de material de dos dimensiones para dar lugar a formas tridimensionales.
“Nuestras nuevas pinzas también usan kirigami, pero son sustancialmente diferentes, ya que aprendimos un montón desde el diseño anterior”, explica Yaoye Hong, coautor del estudio y reciente Ph. D. graduado de la Universidad Estatal de Carolina del Norte. “Hemos podido mejorar la estructura fundamental en sí misma, así como también la trayectoria de las pinzas, en relación a la trayectoria en la cual las pinzas se aproximan al objeto cuando lo agarran”, concluye Hong.
a) Detalle del precursor 2D de la pinza kirigami. b) c) Pinza kirigami integrada con un brazo robótico agarrando una gota de agua y levantando 6.4kg de peso muerto. d) e) Precursores 2D de la pinza hechos de una hoja pelada de dracena y manipulando diente de león. f) Pinza integrada con un dispositivo terminal de prótesis eléctrica. Barra de escala= 10 mm. (Crédito: Hong, Y., Zhao, Y., Berman, J. et al. Angle-programmed tendril-like trajectories enable a multifunctional gripper with ultradelicacy, ultrastrength, and ultraprecision. Nat Commun 14, 4625 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-39741-6 )
Un aspecto destacado que se pondera de esta nueva tecnología, gira en torno a sus características constructivas y su diseño estructural más que a los materiales usados para fabricar las pinzas. “En términos prácticos, esto significa que podrías fabricar las pinzas a partir de materiales biodegradables como hojas de plantas robustas”, afirma Hong. “Esto podría ser particularmente útil para aplicaciones donde se quisiera usar las pinzas por un período de tiempo limitado, al manipular comida o materiales biomédicos. Por ejemplo, hemos demostrado que las pinzas pueden ser usadas para manipular desechos médicos filosos, como las agujas”, explica Hong.
Sorprendete con la versatilidad de estas pinzas robóticas en el siguiente video:
