Robótica basada en la naturaleza: robots gusano

Este apartado se centra en los robots zoomórficos no caminadores. Los cuatro artículos [24], [25], [26] y [27] que se han mencionado al inicio de este capítulo forman parte de este grupo de robots. Sin embargo no se ha encontrado información que amplíe la ya citada anteriormente y perteneciente a los propios artículos. Esto es debido a que son noticias muy recientes y temas que aún se están desarrollando, por lo que no se revelan datos que pudiesen afectar al desarrollo exitoso de la investigación.

Se ha efectuado acerca de robots flexibles relacionados de manera directa con los de los artículos citados en el párrafo anterior. Existe mucha información acerca de diversos temas relacionados con la robótica flexible como formas de control, algunos materiales que permiten la deformación, grados de libertad de este tipo de robots... A pesar de la enorme cantidad de fuentes no se ha encontrado ningún modelo con una forma tubular acorde con la de este proyecto. Tampoco se han encontrado ideas o sistemas que se pudieran extrapolar para el control de una morfología cilíndrica alargada.

Durante la búsqueda de robots flexibles se detecta la existencia de un tipo de robot emparentado con éstos, que es de interés para el proyecto: los robot gusano.

En la mayoría de los casos el objetivo de los robots gusanos no es la flexión del tubo que conforma el cuerpo robótico, sino el avance de este. Si bien es cierto que, pese a que no se trata exactamente de alcanzar el mismo objetivo, los mecanismos que se usan y las técnicas para controlarlos, pueden ser aplicados a la idea del cateterismo con un cambio de enfoque. Es por esto por lo que no se va a entrar en el detalle del funcionamiento de los modelos, sino en la idea de control que existe detrás.

En el artículo [8] se expone el desarrollo de un robot que trata de emular la peristalsis (forma de movimiento de las lombrices a partir del engrosamiento y reducción de su cuerpo). El sistema consiste en la creación de una malla a partir de cables y controlar el movimiento con actuadores hidráulicos. La idea es similar a la de la patente [3], pero la implementación es completamente distinta. El fluido se comunica desde un pistón a través de la malla hasta unos actuadores en forma de aro que se expanden o contraen permitiendo el engrosamiento o la reducción. Para controlar la sincronización de los actuadores se utiliza un sistema de levas acoplado al pistón hidráulico.

Figura 1.33: Sistema hidráulico (a) y malla (b) [8]

En el artículo [7] comenta la evolución de los robots que ha habido gracias a la inspiración en la naturaleza. Se explican algunos ejemplos de robots que han surgido al emular los mecanismos de movimiento de diversos seres vivos.

Diseño, control y prototipado de un robot poliarticulado Introducción

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En primer lugar se expone un robot inspirado en una lombriz. Una malla de hilo conforma el cuerpo de la lombriz confiriéndole cierta rigidez. Para conseguir el movimiento se recurre a usar muelles fabricados con SMA (shape-memory alloy). Las propiedades de las SMA se explicaron en el apartado 1.2.3 Medicina: catéteres y endoscopios, durante la descripción de la referencia [9]. Estos muelles se colocan en dos direcciones con respecto a la malla, anclados a ésta: longitudinal y circunferencial.

Figura 1.34: Muelles de SMA en sentido longitudinal y circunferencial [7]

Dependiendo de la temperatura a la que se someta cada muelle, estos variarán su forma de diferente manera arrastrando en su movimiento a la malla y se conseguirán unos desplazamientos u otros. Aunque en el artículo no se especifica, es posible que se haga por efecto Joule al igual en la patente [2] o [6] dado que se puede ver salir unos cables de la parte trasera de la malla.

Figura 1.35: Distintas posibilidades de movimiento [7]

El segundo ejemplo de robot que se presenta es un diseño inspirado en una oruga. También se basa en muelles de SMA. Un cuerpo flexible es dividido en varios segmentos. En cada segmento se introduce una pareja de muelles independientes embebidos en el cuerpo.

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En función de la temperatura a la que se someta cada muelle, variará de forma de una manera determinada adoptando una morfología concreta. Al estar el cuerpo ligado con los muelles, se moverá de acuerdo a la forma que han tomado. Aunque tampoco se dice nada, con el mismo razonamiento que en el caso anterior, es posible pensar que la temperatura se obtiene por efecto Joule.

El último caso que se expone es el de un robot inspirado en un tentáculo de pulpo. Este caso también se ha encontrado en el artículo [28] en que aparece la modelación de un pulpo completo y algún vídeo con la grabación del mecanismo en acción. El funcionamiento es muy parecido al caso de la lombriz con la utilización de un mallado y muelles de SMA. La única diferencia es que los muelles de SMA están dispuestos de manera radial (para conseguir una deformación local de la sección del tentáculo) y de manera longitudinal (para conseguir una deformación a nivel global). El modelo tiene movimientos muy restringidos en función de los muelles de que disponga.

Figura 1.37: Malla y muelles de SMA en sentido radial [7]

El artículo también menciona, sin entrar apenas en detalle, la existencia de robots tipo pulpo basados en tecnología hidráulica o neumática. Hechos de silicona estos robots poseen unos conductos a través de los cuales inyectar el aire o el fluido a presión.

Por último, se ha encontrado un artículo [10], que presenta una alternativa peculiar para la construcción del mecanismo a girar: el origami. Basándose en este arte de origen japonés se analizan una serie de configuraciones de estructuras aproximadamente cilíndricas que permiten el doblado. Dichas estructuras se consiguen a partir de distintos pliegues y cortes en determinado orden y sitios concretos, a partir de una lámina plana de material plegable. Todas estructuras tienen en común una similitud con la forma de un acordeón, lo que se ajusta considerablemente bien con la temática de este proyecto.

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Figura 1.38: Posibilidades de estructuras a partir de pliegues y cortes [10]

A modo de prueba, se toma una de las configuraciones de doblado y se anclan unos muelles se SMA a las crestas de ciertos pliegues. Al hacer pasar corriente por estos, por efecto Joule se aumenta su temperatura y debido a esto se contraen acercando las zonas de los pliegues a las que están unidos los muelles. En el caso del artículo se hace pasar la misma corriente por todos los muelles al mismo tiempo. Los muelles están dispuestos de manera uniforme a lo largo de la dimensión circunferencial, por lo que se consigue que ambos extremos se aproximen. En ningún momento se habla de flexión, aunque sería sencilla de conseguir, si se hace pasar corriente por unos muelles y no por otros.

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