Investigadores diseñan un transductor alimentado por reacciones electroquímicas para operar bombas de fluidos sin piezas engorrosas en robots blandos

Investigadores diseñan un transductor alimentado por reacciones electroquímicas para operar bombas de fluidos sin piezas engorrosas en robots blandos


La palabra «robot» probablemente evocaría imágenes de cuerpos metálicos duros invulnerables a los ataques. En la vida cotidiana moderna, sin embargo, casi nunca se necesitan robots para defenderse de los ataques enemigos. En su lugar, tienen que realizar tareas más mundanas, como B. manipular objetos sensibles e interactuar con personas. Desafortunadamente, los robots convencionales se desempeñan mal en tareas aparentemente tan simples. También son pesados ​​y, a menudo, ruidosos.

Aquí es donde los robots «suaves» tienen la sartén por el mango. Fabricados con materiales llamados “elastómeros” (materiales con alta viscosidad y elasticidad), los robots blandos absorben mejor los impactos, se adaptan mejor a su entorno y son más seguros en comparación con los robots tradicionales. Esto ha permitido una amplia gama de aplicaciones que incluyen medicina y cirugía, manipulación y tecnología portátil. Sin embargo, muchos de estos robots blandos se basan en sistemas fluídicos que aún utilizan bombas accionadas por piezas mecánicas (motores y cojinetes). Como resultado, siguen siendo pesados ​​y ruidosos.

Una forma de evitar este problema es usar reacciones químicas para impulsar bombas. Pero si bien estos sistemas son definitivamente livianos y silenciosos, no funcionan tan bien como las bombas tradicionales. ¿Hay alguna manera de superar esta compensación? Resulta que la respuesta es sí. Un equipo de investigación del Instituto de Tecnología de Shibaura (SIT), Japón, dirigido por el Prof. Shingo Maeda, presentó una bomba «electrohidrodinámica» (EHD) que utiliza reacciones electroquímicas para impulsar bombas. Las bombas EHD tienen todas las ventajas de las bombas accionadas por reacciones químicas y ninguno de sus problemas.

Ahora, en un estudio reciente, el equipo, incluido el Prof. Maeda, Yu Kawajima, el Dr. Yuhei Yamada (todos del Departamento de Ciencias de la Ingeniería y Mecánica, SIT) y el Profesor Asociado Hiroki Shigemune (Departamento de Ingeniería Eléctrica, SIT) dieron un paso más y desarrollaron una bomba EHD de «autorreconocimiento» que utiliza un convertidor doble electroquímico (ECDT) se utiliza para detectar el flujo de fluidos, que a su vez activa las reacciones electroquímicas y aumenta la corriente. “La tecnología de autodetección ha atraído mucho la atención recientemente para hacer que los robots blandos sean más compactos. La integración de sensores en soft-robots mejora su multifuncionalidad, pero a menudo conduce a un cableado complejo y a una sobrecarga”, explica el profesor Maeda. Este documento estuvo disponible en línea el 7 de enero de 2022 y se publicó en el volumen 14, número 2 de la revista ACS Applied Materials & Interfaces el 19 de enero de 2022.

El equipo basó el diseño ECDT en la bomba EHD diseñada anteriormente. La bomba constaba de un electrodo plano dispuesto simétricamente que permitía un fácil control de la dirección del flujo simplemente cambiando el voltaje. Además, debido a la fuerza igual del campo eléctrico en ambos lados, la disposición permitió un flujo sin obstáculos y en cantidades iguales en cada dirección.

El equipo evaluó el rendimiento de la detección en términos de rango de flujo detectable, velocidad, sensibilidad, tiempos de respuesta y relajación, y también utilizó modelos matemáticos para comprender el mecanismo de detección. «El ECDT se integra fácilmente en un sistema de fluidos sin agregar hinchazón o complejidad», dice Yu Kuwajima, estudiante de doctorado en el Laboratorio de Materiales Inteligentes (SIT) y primer autor del estudio. Además, los investigadores probaron su rendimiento usándolo para alimentar una ventosa para detectar, agarrar y soltar objetos.

“Las ventajas del ECDT son que no requiere ningún equipo especial o procesamiento complejo para producirlo. Además, es pequeño, liviano y tiene un amplio espectro de sensibilidad”, dice el Prof. Maeda.

Sin embargo, el ECDT es algo más que la miniaturización de robots blandos. Es un paso hacia un futuro en el que los humanos y los robots no solo coexisten, sino que su interacción se vuelve fluida y natural. ¡Una perspectiva emocionante para entretener, sin duda!

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