En los últimos años, los robóticos han desarrollado sistemas robóticos cada vez más sofisticados diseñados para imitar tanto la estructura como la función del cuerpo humano. Este trabajo incluye manos robóticas, pinzas que permiten a los robots agarrar objetos y manipularlos como lo hacen los humanos mientras completan tareas cotidianas.
Idealmente, las manos robóticas deberían poder realizar movimientos de alta precisión y al mismo tiempo ser relativamente asequibles y fáciles de fabricar. Sin embargo, la mayoría de las estructuras esqueléticas bioinspiradas para manos robóticas introducidas hasta ahora tienen diseños muy complejos que contienen numerosos componentes avanzados, lo que dificulta su fabricación a gran escala.
Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) crearon recientemente una nueva mano robótica de alta precisión que podría ser más fácil de ampliar, ya que sus componentes pueden fabricarse utilizando técnicas comúnmente empleadas, como la impresión 3D y el corte por láser. Su mano robótica, presentada en un artículo publicado en la revista 2023 IEEE International Conference on Soft Robotics (RoboSoft) , se basa en una estructura denominada modular, lo que significa que comprende múltiples bloques de construcción que se pueden reorganizar para lograr diferentes movimientos.
“Si bien las pinzas paralelas y las manos robóticas con múltiples dedos están bien desarrolladas y se usan comúnmente en entornos estructurados, sigue siendo un desafío en robótica diseñar una mano robótica altamente articulada que pueda ser comparable a las manos humanas para manejar diversas tareas diarias de manipulación y agarre”. Chao Liu, Andrea Moncada y sus colegas escribieron en su artículo.
“La destreza generalmente requiere más actuadores, pero también conduce a un diseño de mecanismo más sofisticado y es más costoso de fabricar y mantener. Los materiales blandos pueden proporcionar cumplimiento y seguridad al interactuar con el mundo físico, pero son difíciles de modelar”.
El objetivo principal del reciente trabajo de Liu, Moncada y sus colaboradores fue crear una mano robótica flexible que no requiera componentes particularmente sofisticados y costosos. Sin embargo, esta mano flexible aún debería poder realizar movimientos más avanzados que las pinzas robóticas que se basan únicamente en materiales rígidos, lo que en última instancia mejorará las habilidades de manipulación de objetos de los robots.
“Este trabajo presenta una mano robótica híbrida de inspiración biológica que combina materias blandas y elementos rígidos”, escribieron Liu, Moncada y sus colegas. “La detección está integrada en los cuerpos rígidos, lo que resulta en una forma sencilla de estimar la postura con alta sensibilidad”.
La mano robótica modular creada por el equipo de investigación del MIT se puede adaptar fácilmente para adaptarse mejor a diferentes aplicaciones. Por ejemplo, los investigadores pueden optar por agregar o quitar dedos y organizar sus componentes de manera diferente para lograr distintos tipos de agarre o mejorar su rendimiento en escenarios específicos.
“La mano propuesta tiene una estructura modular que permite una rápida fabricación y programación”, escribieron los investigadores. “El proceso de fabricación está cuidadosamente diseñado para que se pueda fabricar una mano completa con materiales de bajo costo y ensamblarla de manera eficiente”.
Sorprendentemente, tanto los componentes rígidos como los blandos utilizados para crear la nueva mano robótica son fáciles de fabricar. Los “huesos” que forman el esqueleto de la mano se pueden imprimir en 3D, mientras que los imanes, sensores y cables que contienen están disponibles en el mercado.
Para crear la piel que rodea los huesos, el equipo utilizó un proceso de moldeo simple de dos pasos. Primero crearon diferentes piezas de molde mediante impresión 3D y luego usaron estas piezas para moldear silicona con la forma de los dedos.
Como parte de su estudio, Liu, Monada y sus colegas crearon un prototipo de su mano con cinco dedos y evaluaron su desempeño. Descubrieron que la mano podía realizar con éxito diferentes tipos de agarre, replicando la forma en que las manos humanas agarran y sostienen diversos objetos. Su mano robótica pudo agarrar con fuerza varios objetos rígidos y flexibles de diferentes tamaños, incluidos un vaso de plástico, un bolígrafo y un anillo de plástico redondo.
La mano robótica pronto podría desarrollarse y probarse más a fondo para mejorar y validar sus capacidades. Con el tiempo, podría integrarse con otras extremidades robóticas para crear robots humanoides escalables que sean mejores para manipular objetos.
“El trabajo futuro incluye un diseño de la palma con una rotación adicional DoF para el pulgar, un diseño compacto de la muñeca para sostener los componentes electrónicos y el desarrollo de una estrategia de control para la manipulación y el agarre diestros”, concluyen los investigadores en su artículo.
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