Desde misiones de búsqueda y rescate hasta terapia ortopédica y muchas otras aplicaciones, los robots blandos y los dispositivos electrónicos portátiles son muy prometedores en muchos campos.Sin embargo, diseñarlos para que sean funcionales y prácticos de usar ha resultado un desafío.

En el laboratorio de la profesora Rebecca Kramer-Bottiglio, un equipo de investigadores ha desarrollado componentes electrónicos complejos que pueden extenderse sustancialmente más allá de su forma original.Además, el sistema se puede adaptar fácilmente a diferentes usos.Los resultadosde sus trabajos se publican enRobótica científica.

El campo de los robots extensibles a menudo se ve obstaculizado por la interfaz entre los componentes rígidos y blandos de los dispositivos.Es decir, requieren circuitos complejos que actualmente son demasiado rígidos para integrarse estrechamente en sus cuerpos blandos.Como resultado, los diseñadores emparejan sus dispositivos con placas de circuitos externos, lo que sacrifica la funcionalidad de los dispositivos.

Con ese fin, los investigadores del laboratorio de Kramer-Bottiglio desarrollaron versiones extensibles de un Arduino (una plataforma electrónica de código abierto ampliamente utilizada) y las integraron en robots blandos.Estos dispositivos no sólo se amplían sustancialmente y siguen funcionando según lo diseñado, sino que también fueron creados para ser escalables y fácilmente reproducibles.

Es el circuito más complejo que se ha demostrado que puede estirarse sustancialmente, un paso vital hacia el desarrollo de robots blandos y dispositivos portátiles que no sacrifiquen la potencia informática por la capacidad de estiramiento.

La mayoría de los robots blandos actuales están controlados por microcontroladores rígidos estilo Arduino.Para dar cabida a la falta de coincidencia entre los materiales blandos de los robots y los circuitos rígidos, los diseñadores a menudo intentarán colocar la electrónica donde creará la menor cantidad de interferencia en el estiramiento.

Sin embargo, en el laboratorio de Kramer-Bottiglio, los investigadores colocaron los circuitos en lugares específicamente de alta tensión para ilustrar su robustez.Esto proporciona mayor libertad a otros expertos en robótica a la hora de diseñar sus dispositivos.En los dispositivos de los investigadores, había más de 70 puntos de contacto entre componentes rígidos y blandos que se estiraron durante la aplicación y las pruebas.

"Pudimos superar los obstáculos habituales con nuestro proceso de fabricación y, de hecho, crear muchos Arduinos extensibles", dijo Stephanie Woodman, autora principal del estudio y Ph.D.estudiante en el laboratorio de Kramer-Bottiglio.

Resultaron ser muy elásticos, alargándose de tres a cuatro veces con respecto a sus formas originales.

"Las demostraciones marcan colectivamente una transición de vitrinas únicas y funcionalmente limitadas a circuitos estirables multicapa robustos, confiables y complejos", dijo Kramer-Bottiglio, profesor asociado John J. Lee de Ingeniería Mecánica y Ciencia de Materiales.

Para este proyecto, los investigadores se centraron en hacer que el sistema fuera accesible y aplicable a diferentes usos.Para demostrar la generalidad del método, lo aplicaron para crear versiones extensibles del popular Arduino Pro Mini, así como del Arduino Lilypad, el Sparkfun Sound Detector, el Sparkfun RGB y el Gesture Sensor.Y al desarrollar el método, también eliminaron cualquier necesidad de equipos o materiales extensos, experiencia o experiencia en diseño de circuitos.

Los investigadores comenzaron con un metal líquido a base de galio.Para que el material se pudiera pintar y fuera fácil de usar, agitaron el metal líquido para exponerlo al oxígeno.

"Eso le permite adoptar esta forma de pasta, que tiene muchos más patrones y le permite adherirse fuertemente a todos estos sustratos blandos y componentes eléctricos rígidos", dijo Woodman.

Luego pintaron este material sobre máscaras hechas de papel que había sido cortado con láser en el patrón de circuito deseado, de modo que cuando se quitara la máscara, se pudieran colocar los componentes del circuito y se pudiera encapsular la capa.Todos sus materiales de fabricación, métodos y diseños de circuitos son de código abierto; su proceso para fabricar productos electrónicos extensibles se demuestra enesta página de GitHub.

Ahora que han desarrollado estos circuitos extensibles, los robóticos tienen muchas formas de utilizarlos.

"Lo integramos en varios robots blandos", dijo Woodman."Por ejemplo, uno controla la puerta de un robot cuadrúpedo mientras se estira".Añadió que la electrónica extensible no interfiere con la forma en que se transforman los robots.

Los dispositivos portátiles (aquellos que ayudan con extremidades lesionadas, por ejemplo) son otra aplicación.

"Colocamos nuestro circuito justo en el codo y mostramos cómo se estira", dijo Woodman, y agregó que el codo es uno de los lugares más complicados para aplicar un dispositivo portátil, debido a la cantidad de estiramiento involucrado.

"Así que no sólo estamos creando circuitos realmente extensibles, sino que también estamos mostrando cómo esto se puede implementar de manera práctica en casos de uso en todo el cuerpo y en elrobots blandosdel mañana."