Un guante submarino que pone al alcance de los humanos las capacidades de un pulpo

Un equipo de investigadores dirigido por Michael Bartlett de Virginia Tech ha desarrollado un guante inspirado en un pulpo capaz de agarrar objetos de forma segura bajo el agua. Su investigación ha sido seleccionada para la portada del 13 de julio progreso de la ciencia.

Los seres humanos no están naturalmente calificados para prosperar en entorno submarino. Usamos tanques para respirar, trajes de neopreno para proteger y calentar nuestros cuerpos y gafas para ver con claridad. En tal entorno, la mano humana tampoco está bien equipada para sostener cosas. Cualquiera que haya intentado sujetar un pez espumoso dará fe de que es difícil agarrar objetos bajo el agua con nuestros dedos terrestres.

“Hay momentos críticos en los que esto se convierte en una responsabilidad”, dijo Bartlett, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica. “La naturaleza ya tiene algunas soluciones excelentes, por lo que nuestro equipo analizó mundo natural para ideas El pulpo se convirtió en una opción obvia para la inspiración”.

Los buzos de rescate, los arqueólogos submarinos, los ingenieros de puentes y los equipos de rescate usan sus manos para sacar personas y objetos del agua. Las manos humanas con menos agarre sobre objetos resbaladizos deben recurrir a más fuerza, y un puño de hierro a veces puede poner en peligro estos procesos. Cuando se requiera un toque suave, será útil hacer las manos para el agua.

Esos son los suplementos que Bartlett y sus colegas investigadores buscaron construir. Su equipo en el Laboratorio de Estructuras y Materiales Blandos ha adaptado soluciones biológicas a nuevas tecnologías hechas de material suave y robots

Inspirado por el poder de la adhesión

El pulpo es uno de los pulpos más Criaturas únicas en este planeta.Equipado con ocho brazos largos que pueden transportar innumerables cosas en un entorno acuoso. En una hermosa integración de herramientas prácticas e inteligencia, estos brazos están cubiertos con un chupete controlado por los sistemas musculoesquelético y nervioso de un animal marino.

Cada chupete, con la forma del extremo de un pistón, contribuye a una poderosa capacidad de agarre. Después de que el borde exterior ancho de la máquina de sellado se hace con un objeto, los músculos se contraen y relajan el área cóncava detrás del borde para agregar y liberar presión. Cuando hay varias pipetas involucradas, se crea una fuerte unión adhesiva de la que es difícil escapar.

“Cuando observamos el pulpo, encontramos que el adhesivo definitivamente salta y se activa rápidamente y libera adherencia a pedido”, dijo Bartlett. «Sin embargo, lo interesante es que el pulpo controla más de 2000 piruletas en ocho brazos mediante el procesamiento de información de varios sensores químicos y mecánicos. El pulpo realmente combina el ajuste de la adherencia, la detección y la manipulación de objetos bajo el agua».

Poner la inspiración en acción

Para diseñar su guante, los investigadores se centraron en reinventar las pipetas: vástagos de goma compatibles con membranas suaves accionadas. El diseño fue creado para realizar la misma función que el ventosa pulpo: activar una unión confiable de objetos con una ligera presión, y es ideal para adherirse a superficies planas y curvas.

Después de que desarrollaron los mecanismos adhesivos, también necesitaban una forma de guante para detectar objetos y estimular la adhesión. Para este propósito, trajeron al profesor asociado Eric Markvika de la Universidad de Nebraska-Lincoln, quien agregó una serie de pequeños sensores ópticos de proximidad LIDAR que detectan qué tan cerca está un objeto. Luego, las pajitas y el LIDAR se conectaron a través de un microcontrolador para emparejar el objeto de detección con el compromiso del chupete, simulando así el sistema nervioso y muscular del pulpo.

El uso de sensores para acoplar las ventosas también hace que el sistema sea adaptable. En un ambiente natural, el pulpo envuelve sus brazos alrededor de rocas en rocas y superficies, adhiriéndose a caparazones lisos y percebes ásperos. El equipo de investigación también quería algo que pareciera natural para los humanos y les permitiera recoger cosas sin esfuerzo, adaptándose a diferentes formas y tamaños como lo haría un pulpo. Su solución fue un guante con chupetes sintéticos y sensores fuertemente fusionados, una armonía de sistemas portátiles que capturan las diferentes formas bajo el agua. Lo llamaron Octa-guante.

«Al integrar adhesivos suaves y receptivos con componentes electrónicos incorporados, podemos agarrar objetos sin tener que presionarlos», dijo Bartlett. «Hace que el manejo de objetos húmedos o bajo el agua sea mucho más fácil y natural. Los dispositivos electrónicos pueden activar y soltar el bastón rápidamente. Simplemente mueva la mano hacia un objeto y el guante hace el trabajo de sostenerlo. Todo esto se puede hacer sin el usuario presionando un solo botón.” .

usar guantes

Durante las pruebas, los investigadores probaron varias posiciones de sujeción diferentes. Para manipular objetos delicados y livianos, usaron un solo sensor. Descubrieron que podían levantar y soltar rápidamente objetos planos, juguetes de metal, cilindros, la parte de doble curva de una cuchara y una bola de hidrogel súper suave. Al reconfigurar la red de sensores para usar todos los sensores para detectar objetos, también pudieron atrapar objetos más grandes como un plato, una caja y un tazón. Los objetos planos, cilíndricos, convexos y esféricos compuestos de materiales duros y blandos se pegan y levantan, incluso cuando los usuarios no sujetan el objeto cerrando las manos.

«Estas capacidades simulan el procesamiento, la detección y el control avanzados de los cefalópodos, y proporcionan una plataforma para pieles sintéticas adhesivas subacuáticas que pueden manejar de manera confiable diversos objetos submarinos», dijo el investigador postdoctoral Ravi Tutika. “Este es definitivamente un paso en la dirección correcta, pero hay mucho que aprender sobre cada uno de los Pulpo y cómo hacer adhesivos integrados antes de que alcancemos todo el potencial de la naturaleza.

Mirando hacia el futuro, los investigadores prevén que el guante desempeñe un papel en el campo de la robótica de agarre suave bajo el agua, aplicaciones en tecnologías asistidas por el usuario y Cuidado de la saludy en la fabricación para recolectar y procesar artículos húmedos.

Este trabajo fue realizado con Sean Frey, ABM Tahidul Haque, Elizabeth Krotz, Cole Haverkamp y Chanhong Lee, representantes de Virginia Tech, Iowa State University y University of Nebraska-Lincoln.