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Una mano mecánica robotizada inspirada en las patas de las cucarachas

22/02/2011 18:54 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

El fabricar una mano mecánica con los movimientos de la auténtica es difícil. Si el técnico se excede en la perfección, pesa demasiado y es costosa. Si no, no funciona. La imaginación voló hacia las cucarachas

Nadie lo piensa dos veces antes de coger una taza de café y llevársela a los labios, pero esta tarea ha sido un quebradero de cabeza para los robots durante tres décadas. Investigadores de la Universidad de Harvard y Yale se comprometieron a resolver este problema. Crear de una vez un nuevo tipo de mano mecánica.

Los ingenieros especializados de esas universidades optaron no por hacer su mano robótica inteligente nueva, sino por rediseñarla de forma que se adaptara a un robot mudo ya existente.

"Los científicos han estado tratando de construir manos robóticas durante 20 o 30 años, pero esas manos rara vez han sido capaces de realizar tareas que no requieran destreza", explicó Robert D. Howe, quien dirige el Laboratorio de Biorrobótica de la Universidad de Harvard.

Howe trabajó con Aaron Dolar, un estudiante graduado, luego profesor asistente de ingeniería en la Universidad de Yale. Su primer trabajo fue desarrollar una nueva mano.

En el mundo real, explicó Howe, los robots y los humanos tienen problemas para calcular la relación entre su mano y el objeto que quiere agarrar. Los seres humanos compensan automáticamente cualquier imperceptible error de cálculo abriendo sus manos y con sus dedos suaves y flexibles, se deslizan a lo largo del borde del objeto y luego lo envuelven con sus dedos… y ya está.

"El enfoque tradicional en la investigación de la robótica es lidiar con los errores utilizando sensores muy elaborados, motores y controles", explicó Howe. Las manos mecánicas que funcionan resultan muy complejas y costosas. También son lentas, ya que requiere demasiada potencia de brazo para realizar incluso las tareas más simples.

Consideremos la posibilidad de una mano robótica tratando de coger un vaso de vino. . A menos que se mueva a una velocidad muy lenta, podría chocar con la copa antes de que pueda reaccionar a la señal del sensor de que ha entrado en contacto.

"En materia de brazos mecánicos se ha tomado el camino inverso y se ha tratado primero de comprender los mecanismos fundamentales mediante las mejores prácticas del diseño mecánico, pero no se han captado los movimientos más simples del brazo humano.", dijo Aaron. Su objetivo era inventar una mano mecánica que compensara automáticamente la falta humana de ésta y se han adaptado a una gran variedad de formas mecánicas.

Sorprendentemente, dijo Howe, la inspiración de Aaron fueron las patas de cucarachas.

A partir de finales de 1980, el profesor de Berkeley, Robert, de la Universidad de California, comenzó a investigar las cucarachas para averiguar cómo pueden caminar y correr sobre superficies desparejas, con absoluta seguridad. Las cucarachas poseen cerebros minúsculos, y se les hacía raro que por computación, sus movimientos pudieran ser tan poderosos y precisos.

Completó su análisis de la mecánica de las patas de cucarachas para ver cómo funcionaban. Comprobó que sus patas son tremendamente flexibles y elásticas. Esto les permite adaptarse a superficies irregulares de forma automática, sin pensarlo. Completó su trabajo creando piernas robóticas que duplicaban esas propiedades utilizando resortes y bisagras.

¿Qué tenían las cucarachas para imitarlas?. Unas patas flexibles, ágiles, que andaban sobre suelos desiguales. Los científicos eligieron esas cualidades para adaptarlas a la mano

Y logró construir un robot de ocho patas que podía correr en un terreno desigual a velocidades de vértigo, algo que nunca había hecho antes un robot.

Hizo una demostración completa y su logro fue alabado por los técnicos en robótica en la universidad. Dolar estaba presente, y también Howe. Ambos decidieron adoptar un enfoque similar a la creación de una mano basada en las cucarachas.

Si pudieran lograr esa flexibilidad en los dedos de la derecha, la mano sería lo suficientemente ágil como para deslizarse sin chocar con cualquier objeto. Y luego cogerlo, al igual que lo hace una mano humana. Podrían también levantar una taza de café sin necesidad de tener la potencia de las manos artificiales existentes.

En primer lugar, Dolar y Howe estudiaron los elementos esenciales: la mano robótica necesitaba una pinza artificial con dos dedos de doble-articulado con un solo motor controlado por medio de cables y poleas. Dólar construyó después un modelo matemático para simular cómo reaccionaría la mano al tener que coger un objeto a distintos niveles de elasticidad y flexibilidad.

Dolar finalmente agregó otro par de dedos para un agarre más seguro. A pesar de su forma de cuatro dedos, la mano resultante tenía varias características “humanas”. En reposo, sus articulaciones se pueden abrir 25 a 45 grados, y las articulaciones en la base (la palma de la mano) son más flexibles que las articulaciones de los dedos. Dolar también agregó sensores para detectar cuando un dedo toca un objeto y calculó el ángulo de las articulaciones en dicho momento. Mientras la mano se ajuste automáticamente para corregir pequeños errores, los sensores compensan fácilmente los grandes.

El resultado es una mano muy sencilla que puede agarrar una amplia variedad de objetos. Podría convertirse en un prototipo para el futuro y para robots de servicio, donde la capacidad de agarrar objetos diferentes es también importante.

Dolar también lleva a cabo las manos protésicas. Cada dedo pesa menos de 43 gr., lo cual es una gran ventaja porque muchos amputados terminan por abandonar los actuales y complicados dispositivos mecánicos que les ayudan a agarrar debido a su peso.

La mano no puede agarrar y manipular objetos pequeños, tales como llaves o tenedores. Esta destreza exige motores adicionales, lo que aumenta el peso de la mano y su complejidad. Dolar también está estudiando una nueva configuración con un pulgar adicional.

Durante tres décadas, los investigadores trataron de confeccionar mejores manos haciendo éstas más complejas. Al abrazar la simplicidad del diseño basado en la naturaleza, Dólar y Howe han conseguido un nuevo tipo de agarre robótico mucho más humano y natural en la construcción de manos mecánicas, basándose sobre todo en el movimiento flexible de las patas de las cucarachas.

Todavía queda mucho trabajo por hacer.


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