Cómo fabricar un robot en el horno de casa

La impresión en 3D es una herramienta cada vez más empleada en la robótica, pues permite producir estructuras y combinar materiales de formas que serían imposibles con los métodos tradicionales. Estas capacidades también abren la puerta a inexpertos en el campo que con un mínimo equipo pueden llegar a fabricar sus propios robots: imprimen las piezas en 3D y las ensamblan manualmente. No obstante, para versiones robóticas sofisticadas, esta última fase del trabajo puede ser muy compleja y requerir de personal cualificado. Uno de los departamentos de robótica del MIT (EEUU) cree haber encontrado una posible forma de automatizar este último paso: aplicar calor para que el robot se componga solo.

El equipo ha demostrado que el calor detona un proceso de auto-ensamblaje que permite cocinar robots en cuestión de minutos. Así, unas planchas en 2D recortadas con unas especificaciones concretas inician un proceso de auto-plegado frente al estímulo determinado para dar lugar a su versión tridimensional. Los primeros prototipos fueron presentados en forma de humano, huevo, conejo y casa.

Pero para que estas estructuras no sean caparazones inertes deben integrar los componentes electrónicos que controlan su comportamiento robótico. El equipo del MIT también ha diseñado una serie de sensores, actuadores y resistencias que se imprimen plegados e insertados dentro del robot, en forma de pequeños acordeones que también se estiran al calentarse.

El último paso para completar la autonomía de este sistema ha sido descrito en un artículo publicado en la revista Science. Los investigadores han añadido a esta estructura una serie de motores y microprocesadores que hacen que el robot auto-ensamblado pueda además “ponerse de pie y echarse a andar”, según explica la investigadora en ingeniería electrónica y ciencias de computación del MIT y coautora del artículo, Daniela Rus.

Este trabajo sería de gran utilidad para las situaciones en las que resulte imposible que el personal humano pueda controlar el montaje y puesta en marcha de los robots. Algunos ejemplos serían la exploración espacial y las labores de salvamento en situaciones de catástrofe. “Uno de los objetivos de este trabajo es facilitar el proceso de ensamblaje de los robots sin necesidad de manos expertas”, explica el profesor de ingeniería y ciencias de computación del MIT, Erik Demaine, corresponsable de ambos avances.

Demaine compara el proceso de auto-ensamblaje a “cómo se hacen las pajaritas de papiroflexia” y permite ahorrarse “el trabajoso proceso manual de ensamblar las piezas”. Esta tecnología podría ser útil incluso para diseñar muebles que se montasen solos sin necesidad de usar las herramientas.

A partir de unas especificaciones digitales precisas impresas en el material original, se indica por dónde ha de plegarse la hoja para construir la pieza final. Estas hojas se calientan después en un horno precalentado a una temperatura entre los 55 ⁰C y los 120 ⁰C (cualquier horno que pueda alcanzar estas temperaturas serviría para llevar a cabo el proceso). El calor hace que la capa intermedia de plástico se contraiga, forzando a las capas externas a que se doblen en distintos ángulos en función de la anchura de los pliegues y dando lugar a una figura tridimensional.

Dar vida a los músculos

En estos primeros prototipos, los pliegues del material, conectados a componentes electrónicos, constituían los “músculos” del robot, según Rus. Pero, carecían “del cerebro que diese las instrucciones para que se moviesen”, añade. Ahora, en su último trabajo, han incluido una batería y dos motores a las piernas del robot. Estos elementos están conectados a una red de cables, que haría las veces de sistema nervioso del robot y que administra el calor necesario para activar los componentes.

Con este último avance realizado en colaboración con el Laboratorio de Microrobótica de Harvard (EEUU), es el propio entramado eléctrico conectado a la batería el que proporciona la temperatura necesaria para ir desplegando las hojas de la forma deseada. Los investigadores pueden programar la secuencia en la que el cableado va a proporcionar el calor, para así controlar el proceso de doblado de forma más precisa. “Esto permite crear estructuras auto-ensamblables más complejas y con más funciones”, explica Demaine.

El resultado es un robot que pasa de forma plana a tridimensional, y acto seguido, puede levantarse y caminar, todo en unos cuatro minutos y sin intervención humana. En un futuro, podrían seguir adquiriendo funcionalidades, para poder reconocer el terreno, tomar pruebas o recoger objetos con sus extremidades robóticas.

Con esta técnica, las estructuras podrían enviarse, por ejemplo, a destinos peligrosos como Titán (el mayor satélite de Saturno) en formato plano y una vez allí podrían tomar forma y ponerse en funcionamiento. “Esto facilitaría el envío y el almacenaje, ya que cada objeto que ocupe espacio en una nave enviada al espacio cuesta mucho dinero”, opina el ingeniero industrial del Laboratorio de Robótica de la Universidad Carlos III de Madrid (España), Miguel González-Fierro. Demaine concluye que se trata de llegar “allá donde el personal no pudiese acceder”.