Motores Revolucionarios que Impulsarán la Próxima Generación de Robots

Investigadores de Stanford crean actuador de resorte para robots más eficientes

La creciente complejidad de las tareas realizadas por robots destaca la importancia de motores más eficientes. Aunque los motores eléctricos estándar fueron diseñados para actividades continuas, como el funcionamiento de compresores o cintas transportadoras, desperdician energía al enfrentar movimientos más dinámicos. Hoy en día, la demanda se centra en máquinas capaces de ejecutar tareas complejas, como prótesis motorizadas o robots autónomos, lo que subraya la necesidad de mejoras en la eficiencia energética.

Ante ello, los investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado un nuevo tipo de actuador que mejora significativamente la eficiencia de los motores eléctricos en movimientos dinámicos. Este dispositivo, presentado en Science Robotics, emplea resortes y embragues para ejecutar diversas tareas con una reducción considerable en el consumo de energía en comparación con los motores convencionales.

Funcionamiento Del Sistema

“En lugar de desperdiciar mucha electricidad para simplemente sentarse allí zumbando y generando calor, nuestro actuador utiliza estos embragues para lograr los niveles muy altos de eficiencia que vemos en los motores eléctricos en procesos continuos, sin renunciar a la capacidad de control y otras características que hacen que los motores eléctricos sean atractivos”

Traducción de lo mencionado por Steve Collins, profesor asociado de ingeniería mecánica y autor principal del artículo.

Este dispositivo utiliza resortes para generar fuerza sin consumir energía. Cuando el actuador baja una carga pesada, los resortes se estiran, aliviando parte de la carga del motor. Al bloquear los resortes en esta posición estirada, la energía se almacena para futuras tareas. La clave para el acoplamiento y desacoplamiento eficiente de los resortes radica en los embragues electroadhesivos. Cada resorte está entre dos embragues: uno conecta el resorte al motor y otro lo bloquea en su posición estirada cuando no se usa. Estos embragues tienen dos electrodos que se deslizan suavemente uno sobre el otro cuando no están activos. Para activar un embrague, se aplica un alto voltaje a uno de los electrodos, uniendo los electrodos con un clic audible. Soltar el resorte es tan simple como reducir el voltaje a cero.

A continuación, se muestra un video explicando el funcionamiento de este mecanismo:

Ventajas

“Son livianos, son pequeños, son realmente eficientes energéticamente y se pueden encender y apagar rápidamente”, dijo Erez Krimsky, autor principal del artículo, quien recientemente completó su doctorado en el laboratorio de Collins. “Y si tienes muchos resortes embragados, se abren todas estas emocionantes posibilidades de cómo puedes configurarlos y controlarlos para lograr resultados interesantes”.

El actuador, desarrollado por Collins y Krimsky, está equipado con seis resortes de embrague idénticos que se pueden combinar en cualquier configuración. Tras someter el diseño a pruebas rigurosas de movimiento, que incluyeron aceleración rápida y cargas cambiantes, los investigadores demostraron que el motor aumentado utiliza al menos un 50% menos de energía que un motor eléctrico estándar y, en el mejor de los casos, reduce el consumo en un 97%.”

Alcances del actuador: Uso de IA

Con motores considerablemente más eficientes, los robots podrían extender su alcance y capacidad de trabajo. La posibilidad de que un robot funcione durante todo un día, en lugar de solo una o dos horas antes de necesitar recargarse, amplía su capacidad para realizar tareas de mayor envergadura. Además, en situaciones riesgosas que involucran materiales tóxicos o entornos peligrosos, enviar un robot en lugar de exponer a una persona resulta preferible y más seguro. “Esto también tiene implicaciones para los dispositivos de asistencia, como las prótesis o los exoesqueletos”, dijo Krimsky. “Si no es necesario recargarlos constantemente, pueden tener un impacto más significativo para las personas que los usan”.

En la actualidad, el controlador del actuador requiere unos minutos para calcular la forma más eficiente de utilizar la combinación de resortes en una nueva tarea. Sin embargo, los investigadores están desarrollando planes para reducir significativamente este tiempo. Visualizan la implementación de un sistema que pueda aprender de tareas anteriores, construyendo una base de datos en constante crecimiento de movimientos cada vez más eficientes. Para lograr esto, se utilizará inteligencia artificial, permitiendo que el sistema no solo recopile datos, sino que también analice y prediga los movimientos óptimos para futuras tareas de manera precisa y efectiva.

“Hay un montón de pequeños ajustes de control y diseño que nos gustaría hacer, pero creemos que la tecnología está realmente en un lugar en el que está lista para la traducción comercial”, dijo Collins. “Estaríamos emocionados de tratar de sacar esto del laboratorio y comenzar una empresa para comenzar a fabricar estos actuadores para los robots del futuro”.

Un Futuro en La Robótica

La invención de este actuador elástico, capaz de reciclar energía para impulsar la eficiencia de los robots, marca un hito significativo en el avance tecnológico. Su potencial para mejorar el rendimiento de los robots, combinado con la aplicación de inteligencia artificial para su optimización, promete revolucionar la forma en que interactuamos con la robótica en diversas áreas. Este logro no solo representa un paso adelante en la eficiencia energética, sino que también abre nuevas oportunidades para el desarrollo de soluciones innovadoras en campos tan variados como la medicina y la exploración espacial. Con cada avance en esta dirección, nos acercamos a un futuro donde la colaboración entre humanos y robots sea aún más productiva y transformadora.

Fuente: news.stanford.edu | interestingengineering.com | www.electronicsonline.net.au