Investigadores de la universidad ETH Zürich de Suiza imprimieron en 3D una mano robótica con huesos, ligamentos y tendones de plástico en un solo proceso que busca revolucionar la robótica colaborativa.
Los polímeros de tioleno de curado lento, explican los investigadores, son el elemento secreto en esta aplicación. La tecnología de impresión 3D que utiliza un láser para escanear cada capa de polímero y compensar las imperfecciones de la superficie en las capas posteriores en lugar de rasparlas también es fundamental para lograr este hito.
En la impresión 3D, el curado se refiere al proceso de solidificación o endurecimiento de ciertos tipos de materiales utilizados durante la manufactura aditiva.
Ventajas de los polímeros de curado lento
De acuerdo con los investigadores de ETH Zürich, los polímeros de curado lento tienen ventajas decisivas sobre los plásticos de curado rápido ya que mejoran las propiedades elásticas y son más duraderos y robustos. Una tecnología desarrollada en colaboración por investigadores de la escuela suiza e Inkbit, con sede en Medford, MA, una empresa derivada del MIT, permite el uso de polímeros de tioleno, así como combinaciones de materiales blandos, elásticos y rígidos.
Los polímeros de tioleno son ideales para imprimir los ligamentos elásticos de la mano robótica, según Thomas Buchner, estudiante de doctorado en el grupo del profesor de robótica de la ETH Zürich, Robert Katzschmann y primer autor del estudio.
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«Tienen muy buenas propiedades elásticas y después de doblarse vuelven a su estado original mucho más rápido que los poliacrilatos«, afirmó Buchner, quien también detalló que los materiales ya se utilizaban anteriormente en aplicaciones de impresión 3D. Además, la rigidez del tioleno se puede ajustar para satisfacer los requisitos de los robots blandos, que tienen menos probabilidades de herir a sus compañeros de trabajo humanos que sus homólogos rígidos y son más adecuados para manipular mercancías frágiles, explica Katzschmann.
Tecnología de impresión 3D modificada
Para adaptarse al procesamiento de los polímeros de curado lento, los investigadores tuvieron que modificar el proceso de impresión 3D. Normalmente, las boquillas depositan el material en capas y cada capa se cura inmediatamente con una lámpara UV.
Posteriormente, un dispositivo raspa las irregularidades de la superficie después de cada paso de curado. Según los investigadores, esto sólo funciona con poliacrilatos de curado rápido, porque los polímeros de curado lento simplemente engomarían el raspador. En su lugar, utilizan un escáner láser 3D que comprueba inmediatamente cada capa en busca de defectos en la superficie.
«Un mecanismo de retroalimentación compensa estas irregularidades al imprimir la siguiente capa calculando los ajustes necesarios en la cantidad de material a imprimir en tiempo real y con precisión milimétrica», puntualizó Wojciech Matusik, profesor del MIT y coautor del estudio.
Inkbit desarrolló la nueva tecnología de impresión, mientras que los investigadores de ETH Zürich desarrollaron aplicaciones robóticas y ayudaron a optimizar la tecnología para su uso con polímeros de curado lento. Los investigadores de Estados Unidos y Suiza detallan conjuntamente la tecnología y las aplicaciones de muestra en un artículo publicado en la revista Nature.
Uso de biomiméticos para imprimir una bomba fluídica
Además de la mano robótica impresa en 3D, el artículo publicado en Nature describe un corazón robótico con una bomba de fluidos y válvulas integradas inspiradas en el corazón de un mamífero.
Las membranas de actuación, las válvulas unidireccionales y las cavidades de sensores internos están incrustadas en la cámara del corazón.
“Las válvulas integradas y las membranas de bombeo se inspiraron en las geometrías y mecanismos de los corazones de los mamíferos, que ya han sido optimizados por la naturaleza. Nuestro material de soporte fácil de quitar. . . nos permitió imprimir varias cavidades pequeñas y grandes con membranas finas y suaves y paredes rígidas en un solo proceso. Anteriormente, diseños de bombas similares sólo eran posibles mediante la fundición o el moldeo por inyección de componentes individuales, a lo que siguió un montaje que requería mucho tiempo y mano de obra”, escriben los investigadores.
