Durante años, el problema con la robótica suave ha sido que gran parte requiere algún tipo de bomba que, hasta ahora, solo ha estado disponible en formas más convencionales que no se pueden usar. Se han desarrollado sensores, actuadores y dispositivos de almacenamiento y generación de energía en forma de fibras suaves que se pueden tejer sin costuras en la ropa. Sin embargo, las bombas blandas que se han desarrollado carecen de la potencia fluídica para que sean realmente útiles y no se han fabricado como fibras.

Reportar sus hallazgos en Ciencia:, Michael Smith, Vito Cacucciolo y Herbert Shea en École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suiza, han desarrollado una bomba hidráulica suave que no solo supera la potencia fluídica lograda anteriormente por un factor de diez, sino que también toma la forma de una fibra.

“El accionamiento hidráulico es interesante porque es suave y dócil, y se puede poner en el cuerpo”, dice Shea. Él y sus colegas habían estado motivados en gran medida por objetivos a largo plazo para desarrollar un exoesqueleto suave y cómodo que alguien pudiera usar para rehabilitación o soporte de fuerza, por ejemplo, o para permitir que alguien con movilidad limitada caminara.

La bomba de fibra funciona en base a la electrohidrodinámica, un principio que comparte con un bomba elástica que el grupo de Shea demostró en 2019. Mientras que esa bomba tenía electrodos que se alternaban a lo largo del interior de un canal lleno de líquido como dedos entrelazados, la bomba de fibra contiene electrodos positivos y negativos enrollados alrededor del interior de un tubo lleno de líquido. La diferencia de potencial entre los electrodos ioniza las moléculas en el fluido y las acelera por el tubo. A medida que las moléculas circundantes quedan atrapadas con las moléculas ionizadas, el fluido se desplaza hacia arriba en el tubo generando presión.

El mecanismo de la bomba se basa en que los electrodos se mantienen en su lugar en el interior del tubo de modo que haya contacto directo entre ellos y el fluido para que puedan inyectarle carga. Si bien fue un desafío, los investigadores encontraron una ruta ingeniosa hacia la geometría requerida al torcer el material del tubo y los electrodos alrededor de un mandril.

“Cualquier métrica que se te ocurra para medir una bomba mejora cuando la conviertes en una fibra por un factor de al menos 10”, dice Smith, quien desarrolló la geometría de bobinado, citando mejoras en la presión, el caudal, la eficiencia y la potencia. Esto se debe en gran parte al bombeo continuo a lo largo del tubo que brinda la estructura helicoidal, lo que conduce a un flujo de fluido más suave, explica Shea.

La simetría cilíndrica también reduce la impedancia fluídica, mientras que los cables también pueden proporcionar una distribución de campo más ionizante que los electrodos planos. El salto en la potencia fluídica proporcionada por el dispositivo fue una grata sorpresa para los investigadores, ya que, como señala Smith, la bomba es muy difícil de simular con precisión debido a toda la "física acoplada" involucrada.

Una sensación háptica

La bomba aún está un poco lejos de la eficiencia requerida para un exoesqueleto blando, pero los investigadores han demostrado cuán efectivo puede ser para generar estímulos hápticos: la sensación de tocar un objeto. La sensación de zumbido de escribir en una pantalla táctil es un ejemplo cotidiano de háptica táctil, pero, como señala Shea, "gran parte de cómo percibimos el mundo es en realidad conductividad térmica". En un mundo virtual, recrear estas experiencias térmicas puede mejorar la sensación de inmersión, pero ha sido difícil de implementar. Las bombas de fibra pueden circular localmente fluido frío, creando estímulos hápticos térmicos locales sin necesidad de una gran variedad de bombas y válvulas separadas.

junio zou es profesor en el State Key Lab of Fluid Power and Mechatronic Systems en China y también ha trabajado en bombas blandas. Aunque no está involucrado en esta investigación, la describe como "una integración efectiva de actuación y capacidad de costura para aplicaciones portátiles".

andres conn, un experto en robótica blanda de la Universidad de Bristol en el Reino Unido, que tampoco participó, describe el trabajo como "un paso emocionante" hacia tecnologías portátiles cómodas para asistencia física y regulación térmica. Destaca el método de fabricación simple, que puede aumentar la longitud de la bomba de fibra producida. “Esto debería ayudar a traducir esta tecnología fuera del laboratorio y en aplicaciones portátiles prácticas mucho más rápidamente”, agrega, aunque también señala que los grandes campos eléctricos y el fluido bombeado especializado pueden ser limitaciones del diseño actual.

Clínica textil: telas elásticas confeccionadas con electrodos de nanotubos de carbono monitorean el corazón

“Operamos con un alto voltaje, pero el consumo de energía de las bombas es muy modesto”, dice Smith en respuesta. Agrega que las bombas de fibra pueden funcionar con baterías y transportar una corriente muy por debajo de cualquier umbral de seguridad para la interacción humana.

Los investigadores han demostrado que las bombas de fibra pueden aplicar la presión necesaria para activar los músculos artificiales, generar estímulos hápticos térmicos en los guantes y crear prendas refrescantes activas. En el futuro, esperan ampliar la selección de líquidos que utilizan, pero ahora buscan principalmente formas de mejorar la eficiencia de las bombas de fibra, hacerlas más largas y entrelazarlas con otras fibras activas, como sensores y actuadores, para tal vez producir un día un exoesqueleto suave y cómodo.

• Distribución de relaciones públicas y contenido potenciado por SEO. Consiga amplificado hoy.
• Platoblockchain. Inteligencia del Metaverso Web3. Conocimiento amplificado. Accede Aquí.
• Fuente: https://physicsworld.com/a/researchers-develop-the-missing-component-in-robotic-textiles/