mayo 21, 2024

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Pequeñas bolas de goma utilizadas para fabricar un líquido programable.

Pequeñas bolas de goma utilizadas para fabricar un líquido programable.

Acercarse / A presiones críticas, las bolas de líquido se convierten en una mezcla de diferentes estados.

Construir un robot que pueda recoger objetos delicados como huevos o bayas sin aplastarlos requiere muchos algoritmos de control que procesen la alimentación de sistemas de visión avanzados o sensores que imiten el sentido del tacto humano. La otra forma era profundizar en el mundo de la robótica blanda, que suele significar un robot con resistencia y durabilidad limitadas.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard ha publicado un estudio en el que utilizaron un embrague hidráulico simple sin sensores ni ningún sistema de control. Todo lo que necesitaban era aceite de silicona y muchas bolitas de goma. En el proceso, desarrollaron un metafluido con una respuesta programable a la presión.

Pelotas de goma para nadar.

“Hice un doctorado en Francia sobre cómo nada un caparazón esférico. Para hacerlo nadar, lo haríamos colapsar. [inverted] «Medusas», dice Adel Jalouli, investigador del grupo de Bertoldi en la Universidad de Harvard y autor principal del estudio. “Le dije a mi manager: ¿Qué pasa si pongo esta bola en una jeringa y aumento la presión?” Dijo que no era una idea interesante y que esto no serviría de nada, como afirma Jalouli. Pero unos años más tarde, tras varios rechazos, Jalouli conoció a Benjamin Goresen, profesor de ingeniería mecánica en la Universidad de Lovaina (Bélgica), que compartía sus intereses. “Yo podía realizar experimentos y él simulaciones, así que pensamos que podríamos proponer algo juntos”, dice Jalouli. Y así, la bola de goma de Jelloly finalmente entró en la jeringa. Los resultados fueron completamente inesperados.

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La bola tiene un radio de 10 mm y sus paredes de caucho de silicona de 2 mm de espesor rodean una bolsa de aire. Se colocó en un recipiente con 300 ml de agua. Cuando la presión en el recipiente comenzó a aumentar, la bola a 120 kPa comenzó a combarse. Una vez que comenzó a combarse, la presión se mantuvo relativamente constante durante un tiempo, aunque el volumen ocupado por el fluido siguió disminuyendo. El líquido que contenía la bola ya no se comportaba como agua, sino que presentaba una pronunciada meseta en la curva presión/volumen. “Los metafluidos (fluidos con propiedades ajustables que no existen en la naturaleza) han sido teorizados por… Federico Capasso y colegasQue quería obtener un líquido con índice de refracción negativo. En ese momento estaban comenzando con la óptica, pero al observar el comportamiento del agua con esta pelota de goma, supimos que lo que teníamos era un líquido metafluido.

Mezcla de fluidos programable

Poner una sola pelota de goma en el agua fue solo el punto de partida. «Siempre tuve esta idea en el fondo de mi cabeza: ¿Qué pasaría si pongo demasiado?» Jalouli le dijo a Ars. Entonces, su equipo comenzó a experimentar con diferentes tamaños y números de bolas en el medio y a utilizar diferentes medios, como aceite de silicona. «Puedes ajustar la presión a la que se activan las bolas cambiando su radio y el grosor de sus paredes. Cuando haces que las bolas sean más gruesas, necesitas más energía para hacerlas girar, por lo que la presión de activación será mayor», explica Jalouli.

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Hay otros parámetros que se pueden cambiar para programar las propiedades deseadas en el metafluido. Esto incluye la fracción de volumen, que es básicamente la cantidad del volumen total de líquido que absorben las bolas, y la estructura de las bolas, donde el líquido se comporta de manera diferente cuando se colocan bolas de diferentes tamaños y espesores en él. También puedes ajustar esto usando una combinación de dominios con diferentes propiedades. «Si la variación en tamaño y grosor de las esferas es demasiado estrecha, tendrás una meseta de presión muy plana cuando las actives. Si tienes una distribución más amplia, la transición de todo hebilla a todo hebilla será más suave», dice. Jalouli también permite alcanzar múltiples mesetas a diferentes presiones en un solo fluido: «De esta manera se puede ajustar la curva de presión/volumen», añade Jalouli.

Al ajustar esas curvas, su equipo pudo construir un embrague hidráulico inteligente que funciona sin necesidad de sensores o sistemas de control.