Robótica

por para Ciencia Hoy el . Publicado en Número 2.

Músculos para robots

Si una membrana permeable sólo al agua separa un compartimiento que contiene agua pura de otro que contiene una solución de agua con sustancias disueltas en ella, el agua pura pasa desde el primero al segundo de los compartimientos. Al aplicar sobre la solución una cierta presión, el pasaje de agua se detiene. Esta es la presión osmótica de la solución. Un fenómeno análogo se produce entre soluciones de distinta concentración, vale decir de distinta presión osmótica. En este caso el agua pasa de la solución más diluida a la más concentrada y el pasaje se detiene aplicando sobre esta última un exceso de presión igual a la diferencia entre las presiones osmóticas de ambas soluciones. Esta diferencia de presiones implica una diferencia de energía que puede aprovecharse para realizar trabajo útil.

Cuando se suspenden polímeros (moléculas de gran tamaño) en medios acuosos, se pueden producir transferencias de agua entre ellos y el medio por diferencias de presión osmótica. La entrada y salida de agua al polímero puede determinar su estiramiento o acortamiento, lo que provee un mecanismo para convertir en trabajo mecánico la energía acumulada en diferencias de concentración. Hace 20 años, A. Katchalsky utilizó al colágeno -un polímero biológico que es una de las principales proteínas de sostén de tejidos animales- para fabricar lo que denominó una "turbina mecanoquímica". El colágeno incorpora agua y se estira al ser suspendido en agua pura y la pierde, acortándose, al ser suspendido en una solución concentrada de bromuro de litio (LiBr). Katchalsky convertía el movimiento lineal en rotatorio al enrollar fibras de colágeno alrededor de un huso.

En una reciente información publicada en la revista New Scientist*, se desarrolla una idea similar y se la propone para generar y controlar el movimiento de robots. Se utilizan mezclas de los polímeros sintéticos polivinil alcohol y poliacrilato. El agua pura penetra por ósmosis e hincha y alarga los polímeros. Al agregar acetona aumenta la presión osmófica del líquido en el que están suspendidos los polímeros, y esto determina como consecuencia que pierdan agua, lo que produce su acortamiento.

Sistema mecanoquímico que permite reproducir la función de pinza de la mano por medio de "músculos sintéticos". Los datos de la tensión en las poleas ingresan a la computadora, que controla y coordina las operaciones del mecanismo. (Adaptado de New Scientist.). Sistema mecanoquímico que permite reproducir la función de pinza de la mano por medio de "músculos sintéticos". Los datos de la tensión en las poleas ingresan a la computadora, que controla y coordina las operaciones del mecanismo. (Adaptado de New Scientist.).

Utilizando tal procedimiento los autores de estas investigaciones han diseñado un sistema de agarre mecánico en el que una fibra de polímeros opera como músculo flexor y otra como extensor; se logra, así, imitar la función de pinza de la mano (véase la figura). Todo el sistema es controlado por una computadora. Los estudios mencionados están siendo desarrollados en las Universidades de Hull (Inglaterra), de Pisa (Italia) y en el Japón. La ventaja del sistema respecto a los mecanismos utilizados habitualmente para generar movimientos en robots es que los músculos artificiales son más sencillos de operar y más simples, dado que basta cambiar la composición del medio que los rodea para que se contraigan o relajen. Con ellos se han logrado desarrollar fuerzas comparables a las de un músculo natural.

* New Scientist, 5 de noviembre de 1988, pág. 35.

Roberto Fernández Prini

Roberto Fernández Prini

Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires