Primer robot impreso en 3D hecho tanto de sólidos como de líquidos

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MIT 3d printed robot

Una razón por la que todavía no disponemos de robots-asistentes personales para hacer nuestras tareas es porque hacerlos es muy difícil. En el montaje de los robots con la mano se tarda mucho tiempo, mientras que la c -robots construyendo otros robots- aún no esta lo suficientemente afinada como para hacer robots que pueden hacer tareas complejas.
Pero si los humanos y los robots no pueden hacer el truco, ¿qué pasa con las impresoras 3D?
En un nuevo paper, los investigadores del Laboratorio de Ciencias de la computación e Inteligencia Artificial del MIT (CSAIL) presentan la primer técnica para la impresión 3D de robots, que consiste en imprimir materiales sólidos y líquidos al mismo tiempo.
El nuevo método permite al equipo imprimir automáticamente en 3D, robots dinámicos en un solo paso, sin necesidad de ensamblaje, utilizando una impresora 3D comercialmente disponible.

“Nuestro enfoque, que llamamos ‘la hidráulica imprimible,’ es un paso hacia la rápida fabricación de máquinas funcionales”, dice la directora del CSAIL, Daniela Rus, que supervisó el proyecto y co-escribió el paper. “Todo lo que tienes que hacer es un palo en la batería y el motor, y tiene un robot que prácticamente puede salir fuera de la impresora.”
Para demostrar el concepto, los investigadores imprimieron en 3D un pequeño robot de seis patas que pueden arrastrarse a través de 12 bombas hidráulicas incrustadas dentro de su cuerpo. También imprimieron en 3D partes robóticos que se pueden utilizar en plataformas existentes, tales como una mano de goma suave para el robot investigación Baxter.
El documento, que ha sido recientemente aceptado en la última Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización (ICRA), fue co-escrito por el MIT postdoctorado del MIT Robert MacCurdy y el estudiante de doctorado Robert Katzschmann, así como por el pregrado de la Universidad de Harvard, Youbin Kim.

El proceso de impresión
A pesar de todos los avances en la impresión 3D, los líquidos siguen siendo un gran obstáculo. Imprimir líquidos es un proceso complicado, lo que significa que la mayoría de los enfoques requieren una etapa de post-impresión adicional. Ese paso hace que sea difícil para los métodos basados ​​en líquidos que se emplean para la fabricación a escala fabrica.
Con las hidráulicas “imprimibles”, una impresora deposita las gotitas de inyección de tinta individuales de material que son cada uno de 20 a 30 micrones de diámetro, o menos de la mitad del ancho de un cabello humano. La impresora avanza capa por capa de abajo hacia arriba. Para cada capa, la impresora deposita diferentes materiales en diferentes partes, y luego utiliza la luz ultravioleta de alta intensidad para consolidar todos los materiales (menos, por supuesto, los líquidos). La impresora utiliza múltiples materiales, aunque a un nivel más básico cada capa consiste en un “fotopolímero”, que es un sólido, y “un material no curado”, que es un líquido.
La impresión de tinta inyectable nos permite tener a ocho cabezales de impresión depositando diferentes materiales adyacentes entre sí, todo al mismo tiempo”, dice MacCurdy. “Nos da un control muy preciso de la colocación del material, lo que nos permite imprimir complejos canales de fluidos.”
Otro de los desafíos con la impresión 3D de líquidos es que a menudo interfieren con las gotitas que se supone que se tienen que solidificar. Para hacer frente a esta cuestión, el equipo imprime decenas de geometrías de ensayo con diferentes orientaciones para determinar las resoluciones apropiadas para la impresión de sólidos y líquidos juntos.
Si bien es un proceso laborioso, MacCurdy dice que la impresión tanto de líquidos como sólidos es aún más difícil con otros métodos que no sean impresión 3D, como el modelado por deposición fundida y el sinterizado por láser.
“En lo que a mí respecta”, dice, “la impresión de tinta inyectable actualmente es la mejor manera de imprimir múltiples materiales.”

mit robot 3d impreso
Los resultados
Para demostrar su método, los investigadores imprimieron en 3D un pequeño robot hexápodo que pesa alrededor de 1,5 libras y tiene menos de 6 pulgadas de largo. Para mover, un único motor de corriente continua hace girar un cigüeñal que bombea fluido a las piernas del robot. Aparte de su motor y su fuente de alimentación, cada componente se imprime en un solo paso sin necesidad de ensamblaje.
Entre las piezas clave del robot se encuentran varios conjuntos de “fuelles” que son impresos en 3D directamente en su cuerpo. Para impulsar el robot, el fuelle utiliza la presión del líquido que luego se traduce en una fuerza mecánica. (Como alternativa a los fuelles, el equipo también demostró que podían imprimir en 3D una bomba de engranajes que puede producir un flujo continuo de fluido.)
Por último, el equipo ha impreso en 3D una mano robótica de silicona-caucho con los dedos accionados por fluido. Este “suave agarrador” fue desarrollado para Baxter, un robot que fue diseñado por el ex director del CSAIL, Rodney Brooks, como parte de su empresa spin-off Rethink Robotics.
“El equipo del CSAIL ha llevado la impresión de múltiples materiales al siguiente nivel mediante la impresión no sólo de una combinación de diferentes polímeros o una mezcla de metales, sino esencialmente de un sistema hidráulico de trabajo autónomo” dice Hod Lipson, profesor de ingeniería de la Universidad de Columbia” y co-autor del libro “Fabricated: The New World of 3-D Printing.”. “Es un paso importante hacia la próxima gran fase de la impresión 3D -el paso de la impresión de partes pasivas a la impresión de sistemas integrados activos”.
Compatible con cualquier impresora 3D de inyección de tinta de múltiples materiales, “las hidráulicas imprimibles” permite un diseño de la plantilla personalizable que puede crear robots de diferentes tamaños, formas y funciones.
“Si usted tiene un robot de rastreo que desea pasar por encima de algo más grande, usted puede ajustar el diseño en cuestión de minutos”, dice MacCurdy. “En el futuro, el sistema no necesitará casi ninguna intervención humana en absoluto; sólo tiene que pulsar un par de botones, y los cambios se harán de forma automática”.
MacCurdy prevé muchas aplicaciones potenciales, incluyendo el alivio de desastres en entornos peligrosos. Muchos sitios nucleares, por ejemplo, necesitan ser remediados para reducir sus niveles de radiación. Desafortunadamente, los sitios no sólo son letales para los humanos, sino que también son suficientemente radioactivos como para destruir la electrónica convencional.
“Robots imprimibles como estos pueden ser rápidos, baratos de fabricar, con un menor número de componentes electrónicos que los robots tradicionales” dice MacCurdy.

Mirando hacia el futuro
El equipo está dispuesto a seguir construir sobre su trabajo. Mientras que el tiempo de 22 horas de impresión del hexápodo es relativamente corto para su complejidad, los investigadores dicen que los futuros avances de hardware mejorarán la velocidad.
“Acelerar el proceso no depende tanto de los detalles de nuestra técnica, y sino de la ingeniería y la resolución de las impresoras en sí mismos”, dice Rus, el profesor de Viterbi de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación del MIT. “La impresión en última instancia tarda el tiempo que la impresora tarda, al mejorar las impresoras, también lo harán las capacidades de fabricación.”
Esta no es la primera incursión de grupo Rus en robots impresos en 3D. El otoño pasado su equipo desarrolló una pinza similar, mientras que en 2014 crearon un brazo que puede serpentean a través de un tubo y agarrar un objeto. Pero para estos proyectos aún se requirieron múltiples objetos no impresos en 3D “, en cambio, “las hidráulicas imprimibles” está aún más de cerca de la impresión de todos los componentes en un solo paso.
“La creación de robots no tiene que ser tan larga ni requerir tanta mano de obra como en el pasado”, dice Rus. “La impresión 3D ofrece un camino a seguir, que nos permite producir automáticamente robots complejos, funcionales, de accionamiento hidráulico, que se pueden poner en práctica de inmediato.”
El trabajo del equipo fue financiado, en parte, por una beca de la Fundación Nacional de Ciencia.

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