Fabricación y caracterización de nuevo robot blando con morfología de un gusano

Abstract

Un robot blando es una nueva clase de máquina que se caracteriza por estar conformado principalmente por materiales altamente deformables y blandos, como elastómeros. Estos robots pueden lograr tareas complejas mediante sistemas simples y de bajo costo. El presente trabajo de título consiste en el diseño y fabricación de un robot blando similar a un gusano y en la implementación de control de lazo cerrado sobre este, utilizando sensores blandos que otorgan sentido táctil. La motivación de este trabajo es producir resultados de interés científico, dado que no existen precedentes de esto en la literatura. El robot desarrollado se inspira en el cuerpo de los gusanos terrestres y cuenta con dos tipos de músculos de acción neumática: uno de deformación preferente radial (ubicados como cabeza y cola) y otro axial (entre estos dos), los cuales imitan un metámero (segmento muscular) de un gusano y permiten desarrollar un movimiento peristáltico en cavidades mediante una ejecución coordinada. Los actuadores radiales se hinchan anclándose a las paredes y el actuador axial desplaza el cuerpo del robot. El robot está conformado principalmente por resina de silicona altamente deformable. Se utiliza un diseño de sensor blando resistivo para medir deformación, compuesto de una matriz de silicona y canales internos rellenos de metal líquido. La deformación de los canales genera un cambio en la resistencia al variar la geometría del conductor. Estos sensores se ubican en el manto del actuador radial junto con una banda estriada, de esta forma, además de medir deformación, la localización de la presión en las estrías cierra rápidamente los canales al ocurrir contacto, alzando la señal del sensor. Se fabrica una serie de sensores y actuadores blandos mediante moldes impresos en 3D. Estas componentes son ensambladas y caracterizadas en diversos ensayos, demostrando que efectivamente existe un cambio perceptible en la señal del sensor cuando el actuador radial se expande y hace contacto con las paredes internas de una cavidad, luego, el uso de la derivada de la señal permite la toma de decisiones. Se propone, diseña e implementa un sistema de control para el robot, utilizando un Arduino UNO como controlador, el cual recibe la señal acondicionada de estos sensores a través de un circuito de amplificación, y manipula un arreglo de transistores para la activación de compresores y válvulas del circuito neumático. El algoritmo de movimiento se programa mediante la definición de estados y condiciones de transición basadas en el uso de la derivada promedio y el tiempo transcurrido. Finalmente, el sistema completo se ensambla y se realizan pruebas de concepto, demostrando que el robot puede trepar verticalmente en un tubo circular de diámetro variable bajo un mismo controlador, e incluso en cavidades abiertas (como planos divergentes) e irregulares.