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Charla «Los músculos artificiales que impulsarán a los robots del futuro» de TEDxMileHigh en español.
El cerebro de los robots se vuelve cada vez más listo, aunque su cuerpo sigue siendo tosco y pesado. El ingeniero mecánico Christoph Keplinger está diseñando una nueva generación de robots ligeros y ágiles, inspirados en una obra maestra de la evolución: el tejido muscular. Observa cómo estos «músculos artificiales» se expanden y se contraen como si tuvieran vida y de qué manera alcanzan velocidades superhumanas. Aprende también cómo podrían contribuir a crear mejores prótesis, más fuertes y más eficientes.
- Autor/a de la charla: Christoph Keplinger
- Fecha de grabación: 2018-12-01
- Fecha de publicación: 2019-04-16
- Duración de «Los músculos artificiales que impulsarán a los robots del futuro»: 654 segundos
Traducción de «Los músculos artificiales que impulsarán a los robots del futuro» en español.
En 2015, 25 equipos de todo el mundo compitieron en la construcción de robots antidesastres que pudieran realizar tareas como usar una herramienta, trabajar en terreno irregular y conducir un auto.
Eso suena increíble, y lo es.
Pero miren el cuerpo del robot ganador, HUBO.
En este video HUBO trata de salir del auto, y tomen en cuenta que la velocidad del video es tres veces la normal.
(Risas)
HUBO, del equipo KAIST de Corea, es un robot último modelo con capacidades impresionantes, pero su cuerpo no parece distinto al de los robots de hace décadas.
Si miran a los otros robots del concurso, sus movimientos aún se ven, pues, muy robóticos.
Sus cuerpos son complejas estructuras mecánicas hechas con materiales rígidos como metal y motores eléctricos convencionales.
Está claro que no fueron diseñados para ser baratos, seguros para la gente y adaptables a retos impredecibles.
Hemos hecho grandes progresos con el cerebro de los robots, pero su cuerpo sigue siendo primitivo.
Ella es mi hija Nadia.
Solo tiene cinco años, pero puede salir del auto más rápido que HUBO.
(Risas)
También puede columpiarse con facilidad, mucho mejor que cualquier robot nuevo con apariencia humana.
A diferencia de HUBO, el cuerpo humano utiliza materiales blandos y moldeables como los músculos y la piel.
Necesitamos una nueva generación de robots inspirados en la elegancia, eficiencia y los materiales blandos que observamos en la naturaleza.
De hecho, esta es la idea principal en una nueva rama de investigación llamada «robótica blanda».
Mi grupo de investigación y colegas de todo el mundo usan componentes blandos basados en los músculos y la piel para construir robots con agilidad y destreza que se acerquen más y más a las asombrosas capacidades de los organismos de la naturaleza.
El tejido muscular siempre ha sido una gran influencia para mí.
Es de esperarse, pues soy austriaco y sé que eso les recuerda a Arnold en Terminator.
(Risas)
El tejido muscular biológico es una obra maestra de la evolución.
Puede sanarse a sí mismo y está integrado por neuronas sensitivas que retroalimentan su movimiento e interacción.
Se contrae tan rápido como para impulsar el aleteo de un colibrí, puede ser tan fuerte como el de un elefante, y es tan adaptable y versátil como los brazos de un pulpo, animal que puede pasar su cuerpo por pequeños orificios.
Los «actuadores» son a los robots lo que los músculos a los animales: partes elementales del cuerpo que permiten el movimiento e interacción con el mundo.
Si pudiéramos construir actuadores blandos, o músculos artificiales, que sean versátiles, adaptables y puedan tener el mismo desempeño que los músculos reales, podríamos construir cualquier tipo de robot para casi cualquier situación.
Sabemos que la gente ha intentado por muchos años igualar las asombrosas capacidades del músculo, pero es muy difícil.
Hace diez años, cuando hice mi doctorado en Austria, mis colegas y yo redescubrimos posiblemente una de las primeras publicaciones sobre músculos artificiales, del año 1880.
«Sobre los cambios de forma y volumen de los cuerpos dieléctricos causados por la electricidad» fue escrita por el físico alemán Wilhelm Röntgen.
La mayoría de Uds.
lo conoce como el descubridor de los rayos X.
Seguimos sus instrucciones y tomamos dos agujas.
Las conectamos a una fuente de alto voltaje y las colocamos cerca de una pieza de goma transparente a la que se le dio forma de bolsa de plástico.
Cuando encendimos la corriente, la goma se deformó.
Así como los bíceps flexionan nuestro brazo, la goma flexionó la bolsa de plástico.
Parece magia; las agujas ni siquiera tocan la goma.
Aunque usar agujas no es un método práctico para operar músculos artificiales.
Pero me obsesioné con el tema de este increíble experimento.
Quería crear nuevas formas de construir músculos artificiales que funcionaran bien en situaciones reales.
Los siguientes años trabajé con distintas tecnologías prometedoras, pero todas continúan planteando retos difíciles de superar.
En 2015, cuando fundé mi laboratorio en la Universidad de Colorado en Boulder, quería probar una idea totalmente nueva.
Quería combinar la alta velocidad y eficiencia de los actuadores eléctricos con la versatilidad y suavidad de los actuadores en medio líquido.
Por lo tanto, pensé que podría usar viejos conocimientos de una nueva manera.
El diagrama que ven aquí muestra un efecto llamado el tensor de Maxwell.
Cuando ponen dos placas de metal en un contenedor lleno de aceite y encienden la corriente, el efecto de Maxwell hace subir el aceite entre las dos placas, que es lo que están observando.
La cuestión era:
¿podemos usar este efecto para manipular aceite en el interior de estructuras elásticas?
De hecho, funciona muy bien, siendo honesto, mejor de lo que esperaba.
Yo y mis destacados estudiantes usamos esta idea como punto de partida para desarrollar una nueva tecnología llamada «músculos artificiales HASEL».
Son tan delicados que pueden tomar una frambuesa sin dañarla.
Se pueden expandir y contraer como músculos reales y pueden funcionar más rápido que ellos.
Pueden agrandarse para lograr grandes esfuerzos.
Aquí pueden ver cómo levantan cuatro litros de agua.
Pueden operar un brazo robótico e incluso calcular su posición.
Los músculos HASEL pueden realizar movimientos precisos.
También pueden lograr movimientos fluidos y ráfagas de poder para lanzar una pelota al aire.
Al sumergirlos en aceite, los músculos HASEL se hacen invisibles.
Pero
¿cómo funcionan?
Se sorprenderán.
Están hechos con materiales muy baratos y asequibles.
Incluso pueden probar, se los recomiendo, la idea básica en casa.
Llenen algunas bolsas Ziploc con aceite de oliva.
Saquen todas las burbujas de aire que puedan.
Luego, coloquen una charola de cristal a un lado de la bolsa.
Al presionar, verán cómo la bolsa se contrae.
El nivel de contracción es fácil de controlar.
Si aplican un peso ligero, tendrán una contracción leve.
Con un peso medio, tenemos una contracción media.
Y con un gran peso, tenemos una gran contracción.
En los músculos HASEL, cambiamos la fuerza de la mano o el peso por una corriente eléctrica.
HASEL significa «Hydraulically Amplified Self-Healing Electrostatic Actuators».
Aquí pueden ver el esquema de un actuador Peano-HASEL, uno entre muchos posibles diseños.
De nuevo, toman un polímero flexible, como una bolsa Ziploc, lo llenan con un líquido aislante, como aceite de oliva, y en lugar de una charola de cristal colocan un conductor en un lado de la bolsa.
Para crear algo que luzca como una fibra muscular, pueden unir varias bolsas y agregar peso en un lado.
Luego, aplicamos el voltaje.
El campo eléctrico comienza a actuar en el líquido.
Desplaza el líquido y contrae el músculo.
Aquí pueden ver un actuador Peano-HASEL terminado y cómo se expande y contrae al aplicarle la corriente.
De lado, pueden ver cómo las bolsas toman una forma cilíndrica, como lo vimos con la bolsa Ziploc.
Incluso podemos colocar varias fibras musculares juntas para crear algo que se parezca más a un músculo real que se contrae y expande por secciones.
Estos de aquí están levantando unas 200 veces su propio peso.
Aquí pueden ver uno de nuestros diseños más recientes, «Quadrant Donut HASEL», y cómo se expande y contrae.
Puede funcionar muy rápido y alcanzar velocidades superhumanas.
Es tan poderoso como para elevarse del suelo.
(Risas)
En resumen, los músculos HASEL podrían ser la primera tecnología que empate o supere el desempeño del tejido muscular biológico y que se produzca a gran escala.
Es una tecnología muy reciente, apenas estamos comenzando.
Tenemos muchas ideas para implementar mejoras, como nuevos materiales y diseños para alcanzar el siguiente nivel que supere al tejido muscular biológico y a los motores eléctricos tradicionales.
Como diseño más complejo de robot HASEL inspirado en la naturaleza, aquí ven nuestro escorpión artificial usando su cola para cazar una presa, en este caso, un globo con aire.
(Risas)
Retomando nuestra inspiración inicial, la versatilidad de los músculos del pulpo y del elefante, hoy somos capaces de construir actuadores blandos subsecuentes cuyas capacidades se aproximan cada vez más a las del músculo real.
Las aplicaciones prácticas de los músculos HASEL son lo que más me entusiasma.
Harán posible la creación de dispositivos robóticos blandos que mejoren la calidad de vida.
Estos dispositivos darán lugar a una nueva generación de prótesis para personas que han perdido alguna extremidad.
Aquí pueden ver algunas de ellas en mi laboratorio.
Son las primeras pruebas de un dedo artificial.
Tal vez algún día podamos integrar a nuestro cuerpo partes robóticas.
Sé que suena un poco tétrico.
Pero cuando pienso en mis abuelos y en cómo se vuelven más dependientes de otros para una simple tarea, como usar el baño, deben sentirse como una carga.
Con estos dispositivos podríamos restablecer y mejorar la agilidad y destreza, y así ayudar a los mayores a mantener su autonomía por más tiempo.
Tal vez podamos llamarlos «robots antiedad»
(Risas)
o incluso el siguiente paso en la evolución humana.
A diferencia de sus contrapartes rígidas, los robots blandos serán seguros y podrán ayudarnos en casa.
Es un área muy nueva, apenas estamos comenzando.
Espero que muchas personas de todas partes se nos unan en este viaje asombroso y nos ayuden a forjar el futuro de la robótica con nuevas ideas inspiradas en la naturaleza.
Si lo hacemos bien, podemos mejorar la calidad de vida para todo el mundo.
Gracias.
(Aplausos)
https://www.ted.com/talks/christoph_keplinger_the_artificial_muscles_that_will_power_robots_of_the_future/