Los músculos artificiales imitan cada vez mejor los movimientos humanos

Hace dos años, un equipo de científicos se reunió en el sótano de una universidad. Muchos nunca habían sido coautores de estudios y el dinero para su investigación salió de fondos de empresas emergentes.

Los científicos de la Universidad de Colorado Boulder se dispusieron a diseñar un músculo realista que fuera barato, flexible y fuerte. En su trabajo, publicado en Science y Science Robotics el 5 de enero, presentan el HASEL, un dispositivo artificial que crea movimiento y tiene el potencial de autosanarse.

«[Los científicos] están contribuyendo a la creación del futuro de los robots flexibles y más parecidos a los humanos que puedan usarse para mejorar las vidas y el bienestar de la gente», declaró un decano de la universidad.

Los músculos del futuro

En el pasado, las prótesis y otros materiales robóticos eran rígidos porque estaban hechos con bombas, válvulas y tubos voluminosos, mientras que algunas alternativas de músculos eran flexibles pero no podían resistir descargas eléctricas.

Sin embargo, el grupo de investigación de Keplinger de la Universidad de Colorado, Boulder (UC Boulder), ha creado un músculo versátil que podría incluso ser capaz de autorrepararse. El mecanismo tiene la flexibilidad de un pulpo, la fuerza de un elefante y la rapidez de un colibrí. Con esta tecnología, el equipo espera poder diseñar robots de cuerpo entero que puedan imitar con elegancia el movimiento humano.

«Básicamente, hemos escogido lo mejor de esos dos enfoques y los hemos mezclado para crear una nueva tecnología», explica el autor Cristoph Keplinger, profesor de ingeniería mecánica de CU Boulder.

El dispositivo creador de movimiento se denomina actuador «electrostático de autorreparación amplificado hidráulicamente». Para abreviar, es un actuador o músculo HASEL, por sus siglas en inglés. Los dispositivos sin bomba son bolsas hechas con el mismo plástico barato con el que se hacen las bolsas de patatas fritas, que se llenan con un líquido aislado eléctricamente similar al aceite de canola. Los dispositivos cambian de forma cuando el voltaje los atraviesa y el aceite maleable da al mecanismo el potencial de autorrepararse.

«Puedes controlarlo con solo dos cables», dice el autor principal del estudio de Science Eric Acome sobre los cables que se emplean para suministrar energía a los electrodos. «No necesitamos tener una especie de equipo externo».

Grupos de tres

Los investigadores describen las diversas aplicaciones del músculo, que es delgado, transparente y flexible. Un diseño es un músculo con forma de rosquilla con electrodos colocados en cada uno de sus lados. Cuando el dispositivo está electrificado, el aceite dentro de él se mueve, cambiando de forma para imitar el agarre.

Otro diseño del músculo está hecho a partir de conductores elásticos iónicos con un bolsillo de líquido en su interior. Cuando se le aplica electricidad, el músculo produce un espasmo que puede levantar casi 4 litros de agua o doblar un brazo mecanizado.

Otro diseño, denominado actuador Peano-HASEL, está hecho a partir de tres pequeñas bolsas rectangulares unidas entre sí. El dispositivo lleno de líquido se contrae al someterlo a una descarga de voltaje, de forma similar a un músculo biológico. El movimiento es tan suave que puede agarrar frambuesas o huevos crudos sin aplastarlos.

El autor principal del estudio de Science Robotics Nick Kellaris dice que fabricar uno de estos dispositivos Peano-HASEL solo cuesta unos 10 centavos de dólar (unos 0,08 euros). Si se amplia el diseño, añade Keplinger, producirlos costaría menos de un centavo cada uno.

Prótesis para envasado

A diferencia de los diseños anteriores, el aceite en el interior de los músculos HASEL puede soportar la electricidad. Esto proporciona al dispositivo el potencial de autorrepararse. La carcasa de plástico todavía no puede autorreparar los desgarros, pero Keplinger dice que crear una carcasa autorreparable es uno de los próximos pasos de la investigación.

Los músculos artificiales podrían reducir el tamaño de los voluminosos robots metálicos y darles movimientos más humanos. Gracias a la versatilidad del material, el coautor Shane Mitchell señala que el músculo puede adaptarse a aplicaciones específicas, como las prótesis.

«Podrías imaginarlos colocados en un antebrazo, y así podrían controlar los dedos de una mano artificial», explica Mitchell.

HASEL también podría ayudar a crear tejidos y órganos humanos artificiales. Los científicos de CU Boulder ya están desarrollando un intestino delgado artificial, lo que podría ayudar a los médicos que se están formando y utilizarse para probar nuevos tratamientos médicos.

Acome dice que con sus habilidades de agarre, el músculo también podría ser útil para la manipulación y el envasado de alimentos.

El equipo ya está trabajando en nuevos actuadores HASEL que funcionarían con niveles de voltaje cinco veces inferiores a los descritos en los estudios. El voltaje publicado en los estudios es similar al choque de baja corriente que podría provocar la electricidad estática y no es peligroso para los humanos.

«Queremos crear robots que sean realistas», afirma Keplinger.