Científicos crean un material robótico revolucionario que cambia entre estado sólido y flexible

Un equipo de investigadores ha desarrollado un innovador material robótico capaz de alternar entre estados rígidos y flexibles, lo que representa un avance significativo en la ingeniería de materiales inteligentes. Este hallazgo, llevado a cabo por el Clúster de Excelencia Física de la Vida (PoL) de la Universidad Técnica de Dresde y la Universidad de California en Santa Bárbara (UCSB), podría transformar la robótica y otros campos científicos.

T-1000. Terminator 2 (1991).

El estudio, publicado en la prestigiosa revista Science, describe cómo estos robots, en forma de pequeños discos similares a fichas de hockey, pueden ensamblarse en diversas configuraciones y modificar su resistencia estructural según sea necesario.

«Hemos descubierto una forma para que los robots se comporten más como un material», explicó Matthew Devlin, autor principal del artículo y exinvestigador en el laboratorio del profesor Elliot Hawkes en la UCSB.

Inspiración en los procesos biológicos

Uno de los mayores desafíos era desarrollar un material que pudiera ser simultáneamente fuerte y adaptable.

«Los materiales robóticos deben poder adoptar una forma y mantenerla, pero también ser capaces de fluir y transformarse en nuevas formas», señaló Hawkes. Hasta ahora, la rigidez de los robots colectivos impedía su reconfiguración fluida, pero este obstáculo ha sido superado con éxito.

El equipo se inspiró en investigaciones previas sobre la morfogénesis embrionaria realizadas por Otger Campàs, exprofesor de la UCSB y actual director del PoL.

Morfogénesis del sistema nervioso humano.

«Los tejidos embrionarios son los materiales inteligentes por excelencia, ya que pueden autoformarse, autorrepararse y ajustar su rigidez en el espacio y el tiempo», explicó Campàs. Su laboratorio descubrió que los embriones pueden derretirse como el vidrio para dar forma a sus estructuras, un fenómeno conocido como «transición de rigidez».

Durante el desarrollo embrionario, las células se reorganizan para dar forma a diferentes estructuras corporales con distintos niveles de firmeza, desde huesos hasta tejidos cerebrales. Para replicar este fenómeno en los robots, los científicos identificaron tres procesos clave: las fuerzas activas entre células, la señalización bioquímica que coordina los movimientos y la adhesión celular que determina la rigidez final del organismo.

La adhesión celular se simula con imanes en el perímetro de cada unidad robótica, permitiendo que los robots se mantengan unidos como un material sólido. Además, cada unidad cuenta con ocho engranajes motorizados que generan fuerzas tangenciales, posibilitando la reconfiguración del colectivo sin perder cohesión.

Una representación artística de un colectivo de robots similar a un material formando un dispositivo rígido. Crédito: Brian Long, UCSB.

La señalización bioquímica, equivalente a un sistema de coordenadas global, se implementó mediante sensores de luz en la parte superior de cada robot. Estos sensores, con filtros de polarización, indican la dirección en la que deben girar los engranajes para cambiar de forma.

«Podemos decirles a todos simultáneamente bajo un campo de luz constante hacia dónde deben moverse, logrando que se alineen y reconfiguren a voluntad», añadió Devlin.

Aplicaciones futuras y potencial de escalabilidad

Este avance permite a los científicos controlar los robots para que actúen como un material inteligente capaz de soportar cargas pesadas, manipular objetos e incluso autorrepararse. Actualmente, el sistema está compuesto por 20 unidades relativamente grandes, pero simulaciones realizadas por Sangwoo Kim, exinvestigador en el laboratorio de Campàs y actual profesor asistente en la EPFL, sugieren que la tecnología puede escalarse a miles de unidades miniaturizadas.

Esta capacidad de cambio de forma y adaptación recuerda al icónico T-1000 de Terminator 2: Judgment Day, el temible androide de metal líquido que podía transformarse y regenerarse a voluntad. Si bien esta tecnología aún está en sus primeras etapas, la posibilidad de desarrollar materiales robóticos con habilidades similares ya no parece un mero concepto de ciencia ficción.

La combinación de estos robots con estrategias de aprendizaje automático abriría la puerta a avances sin precedentes en robótica y materiales activos. «Estamos llevando un concepto de ciencia ficción a la realidad», concluyeron los investigadores.

Fuente: TUD. Edición: MP.