Los juguetes comunes de marionetas de empuje con formas de animales y figuras populares pueden moverse o colapsar con solo presionar un botón en la parte inferior de la base de los juguetes.Ahora, un equipo de ingenieros de UCLA ha creado una nueva clase de material dinámico sintonizable que imita el funcionamiento interno de los títeres de empuje, con aplicaciones para robótica blanda, arquitecturas reconfigurables e ingeniería espacial.

Dentro de un títere de empuje, hay cables de conexión que, cuando se tensan, harán que el juguete quede rígido.Pero al aflojar estos cordones, las "extremidades" del juguete se debilitarán.Utilizando el mismo principio basado en la tensión de la cuerda que controla una marioneta, los investigadores han desarrollado un nuevo tipo de metamaterial, un material diseñado para poseer propiedades con capacidades avanzadas prometedoras.

Publicado enHorizontes de materiales, elestudiardemuestra el nuevo metamaterial liviano, que está equipado con cables motorizados o autoactuadores que se enhebran a través de cuentas entrelazadas con puntas cónicas.Cuando se activan, los cables se tensan, lo que hace que la cadena anidada de partículas de cuentas se atasque y se enderece formando una línea, lo que hace que el material se vuelva rígido mientras mantiene su estructura general.

El estudio también reveló las cualidades versátiles del material que podrían conducir a su eventual incorporación en robótica blanda u otras estructuras reconfigurables:

• El nivel de tensión en las cuerdas puede "afinar" la rigidez de la estructura resultante: un estado completamente tenso ofrece el nivel más fuerte y rígido, pero los cambios incrementales en la tensión de las cuerdas permiten que la estructura se flexione sin dejar de ofrecer resistencia.La clave es la geometría de precisión de los conos encajados y la fricción entre ellos.
• Las estructuras que utilizan este diseño pueden colapsar y endurecerse una y otra vez, lo que las hace útiles para diseños duraderos que requieren movimientos repetidos.El material también ofrece un transporte y almacenamiento más fácil cuando se encuentra en su estado inerte y sin desplegar.
• Después del despliegue, el material muestra una pronunciada adaptabilidad, volviéndose más de 35 veces más rígido y cambiando su capacidad de amortiguación en un 50%.
• El metamaterial podría diseñarse para autoaccionarse, a través de tendones artificiales que activan la forma sin control humano.

"Nuestro metamaterial habilita nuevas capacidades, mostrando un gran potencial para su incorporación a la robótica, estructuras reconfigurables yingeniería espacial", dijo el autor correspondiente y becario postdoctoral de la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA, Wenzhong Yan. "Construido con este material, un robot blando autodesplegable, por ejemplo, podría calibrar la rigidez de sus extremidades para adaptarse a diferentes terrenos para un movimiento óptimo mientras conserva su estructura corporal..El resistente metamaterial también podría ayudar a un robot a levantar, empujar o tirar de objetos".

"El concepto general de metamateriales de cuerdas de contracción abre posibilidades intrigantes sobre cómo construir inteligencia mecánica en robots y otros dispositivos", dijo Yan.

Los autores principales del artículo son Ankur Mehta, profesor asociado Samueli de ingeniería eléctrica e informática de UCLA y director del Laboratorio de máquinas integradas y robots ubicuos, del que Yan es miembro, y Jonathan Hopkins, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial quedirige el Grupo de Investigación Flexible de UCLA.

Según los investigadores, las posibles aplicaciones del material también incluyen refugios automontables con armazones que encapsulan un andamio plegable.También podría servir como un amortiguador compacto con capacidades de amortiguación programables para vehículos que se mueven en entornos difíciles.

"De cara al futuro, hay un vasto espacio para explorar en la adaptación y personalización de capacidades alterando el tamaño y la forma de las cuentas, así como la forma en que están conectadas", dijo Mehta, quien también tiene un nombramiento como profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en UCLA.

Si bien investigaciones anteriores han explorado los cordones en contracción, este artículo ha profundizado en lapropiedades mecánicasde dicho sistema, incluidas las formas ideales para la alineación de las cuentas, el autoensamblaje y la capacidad de ajustarse para mantener su estructura general.

Otros autores del artículo son los estudiantes graduados en ingeniería mecánica de UCLA, Talmage Jones y Ryan Lee, ambos miembros del laboratorio de Hopkins, y Christopher Jawetz, un estudiante graduado del Instituto de Tecnología de Georgia que participó en la investigación como miembro del laboratorio de Hopkins mientras era estudiante.Estudiante universitario de ingeniería aeroespacial en UCLA.