Desarrollo de Princeton: elastómeros de cristal líquido y electrónica integrada para robots sin motores

El desarrollo de Princeton combina elastómeros de cristal líquido y electrónica integrada para que los robots se muevan mediante deformación controlada del material

Ingenieros de Princeton han creado robots híbridos, a medio camino entre lo blando y lo rígido, que prescinden tanto de motores como de bombas de aire. A partir de un elastómero de cristal líquido y de pliegues inspirados en el origami, han diseñado sistemas capaces de desplazarse mediante deformaciones programadas del propio material, evitando el desgaste asociado a mecanismos tradicionales.

En robótica blanda se busca lograr movimientos suaves y cambios de forma, pero lo habitual es depender de actuadores voluminosos o de equipos externos. El equipo de Princeton resolvió esa limitación con un material imprimible específico -un elastómero de cristal líquido-, electrónica flexible integrada y fabricación mediante impresión 3D, de modo que el robot se acciona calentando el polímero de forma controlada.

Robot de Princeton tipo grulla de origami: demostración del movimiento sin motores

Como prueba de concepto, construyeron un robot con forma de grulla de origami. Al aplicarle un campo eléctrico, la grulla comienza a batir las alas y ejecuta secuencias de movimiento programables. El planteamiento abre nuevas posibilidades de uso dentro de la robótica blanda.

Para fabricar la estructura, el grupo utilizó una impresora 3D con un polímero impreso en zonas con patrones definidos. En el elastómero de cristal líquido, las moléculas del polímero se ordenan formando una estructura alineada. Al programar la impresión, hicieron que esas moléculas quedaran orientadas en direcciones concretas, lo que permitió crear bisagras integradas. Al calentar el material, dichas bisagras se curvaban de manera predecible, generando el movimiento del robot.

La electrónica flexible se incorporó dentro de las bisagras del propio material: la flexibilidad de las placas de circuito impreso permitió integrarlas directamente en la estructura. El sistema se diseñó para calentar regiones concretas del polímero, y los sensores de temperatura integrados aportaron un control en bucle cerrado, de forma que el robot pudiera ajustar su comportamiento en tiempo real.

Para que el movimiento fuese más preciso y repetible, reforzaron las zonas entre bisagras con paneles finos de fibra de vidrio, fijados a las placas flexibles. Con ello, el robot pudo moverse sin recurrir a motores.

Para gobernar acciones como plegar y desplegar, emplearon modelos matemáticos basados en patrones de origami. David Bershadsky, coautor del trabajo desde la Universidad de Texas, señaló: «La aportación principal es integrar la ciencia de materiales y la robótica con un enfoque en las posibilidades de fabricación».

Bershadsky también desarrolló una herramienta de software, disponible en GitHub, que facilita la creación de robots personalizados. La herramienta incorpora datos del artículo publicado en la revista Advanced Materials, lo que simplifica las pruebas, la experimentación y el avance de futuros diseños.