La prótesis robótica impresa en 3D que mejor imita el movimiento humano.

El mundo natural está repleto de ejemplos de animales y plantas que han desarrollado estructuras celulares con cualidades deseables de resistencia, peso y durabilidad, que siguen sirviendo de inspiración a los científicos e ingenieros de materiales por igual.

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Para recrear estas propiedades en estructuras artificiales y robótica, los científicos del Instituto Italiano de Tecnología (IIT) han desarrollado un nuevo tipo de músculo artificial usando impresión 3D que puede imitar mejor los movimientos de una mano humana y levantar 1000 veces su peso. Este avance abre las puertas a la próxima generación de robótica y nos acerca un paso más a la fabricación de un brazo protésico de Luke Skywalker en la vida real.

Los científicos han estado buscando durante mucho tiempo una forma de imitar el movimiento de la mano humana, pero aún tienen que crear un actuador que pueda moverse con la misma gracia y complejidad. La mayoría de las réplicas son demasiado rígidas o no son lo suficientemente fuertes para fines prácticos.

Sin embargo, el Dr. Corrado De Pascali y sus colegas del IIT han desarrollado recientemente una nueva forma de actuadores artificiales utilizando un solo componente monolítico impreso en 3D. El resultado es más flexible y más fuerte que la generación anterior de músculos artificiales y puede moverse en patrones similares a los humanos.

Los GRACE consisten en una membrana plisada de un solo material y no necesitan elementos limitadores de tensión. Pueden contraerse y extenderse por diseño, como lo describe un modelo matemático, y pueden realizarse en diferentes escalas dimensionales y con diferentes materiales y prestaciones mecánicas, lo que permite una amplia gama de movimientos realistas. Los GRACE pueden fabricarse a través de la elaboración aditiva de bajo costo e incluso construirse directamente dentro de dispositivos funcionales, como una mano artificial neumática que se imprime tridimensionalmente en un solo paso. Esto hace que la creación de prototipos y la fabricación de dispositivos neumáticos basados ​​en músculos artificiales sean más rápidos y sencillos.

Sus nuevos músculos artificiales, a los que llamaron Actuadores basados ​​en geometría que se contraen y alargan (GRACE), son capaces de estirarse y contraerse como los de un humano. Los actuadores se diseñaron utilizando un modelo matemático y se imprimieron en 3D con una resina de fotopolímero flexible. Su mayor adaptación de diseños anteriores fue la adición de pliegues en los músculos, lo que les permite plegarse y desplegarse, brindando mayor fuerza y ​​flexibilidad en comparación con otros músculos artificiales. Un solo actuador de ocho gramos puede levantar hasta ocho kilogramos.

El grupo de investigadores ha explorado aún más las capacidades de los músculos artificiales y ha combinado 18 actuadores de diferentes tamaños para formar una mano robótica. Sorprendentemente, este dispositivo pudo torcer la palma de la mano, girar la muñeca y doblar los dedos aplicando fuerza en diferentes partes de la mano.

Sin embargo, señalaron los científicos, "sigue siendo difícil recrear la 'versatilidad y la gracia de los movimientos' que son posibles gracias a la compleja disposición de los músculos dentro del cuerpo humano". Sin embargo, los actuadores siguen siendo una gran mejora con respecto a las tecnologías anteriores.

Las máquinas biomiméticas capaces de integrarse con los entornos naturales y sociales encontrarán aplicaciones omnipresentes, desde la conservación de la biodiversidad hasta el cuidado diario de los ancianos. Aunque los actuadores artificiales han alcanzado las prestaciones de contracción de los músculos, la versatilidad y la gracia de los movimientos realizados por las complejas disposiciones de los músculos siguen siendo en gran medida inigualables.

Será necesario realizar más investigaciones antes de que estos músculos artificiales vean una implementación sólida, pero un área de investigación de particular interés es la formulación de resina. Hay mucho potencial para este tipo de dispositivos y si las resinas pueden mejorar en fuerza y ​​flexibilidad, momento en el que la gama de aplicaciones para estos músculos artificiales se puede ampliar aún más.

Estos nuevos músculos impresos en 3D sin duda se ubicarán junto con otras mejoras en los avances protésicos y robóticos que hemos visto recientemente. Si bien no es perfecto, estamos emocionados de ver a dónde va la tecnología a partir de aquí. Tal vez incluso algún día, la tecnología progrese tanto que cuando inevitablemente nos cortemos la mano jugando con nuestros sables de luz , esta tecnología se puede usar para crear su prótesis personal impresa en 3D de Luke Skywalker .

Con información de 3dprint y science.org

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