Un equipo de ingeniería de la Universidad de Nebraska-Lincoln está otro paso más cerca del desarrollo de robótica blanda y sistemas portátiles que imitan la capacidad de la piel humana y vegetal para detectar y lesiones de autocuración.
El ingeniero Eric Markvicka, junto con los estudiantes de posgrado, Ethan Krings y Patrick McManigal, presentó recientemente un documento en la Conferencia Internacional de Robótica y Automatización de IEEE en Atlanta, Georgia, que establece un enfoque a nivel de sistemas para una tecnología de robótica blanda que puede identificar daños desde una punción o presión extrema, su ubicación e inicia autónomos iniciados por sistemas.
El documento se encontraba entre las 39 de 1.606 presentaciones seleccionadas como finalista del premio al Mejor Papel ICRA 2025. También fue finalista para el premio al Mejor Papel de Estudiante y en la categoría de Mecanismo y Diseño.
La estrategia del equipo puede ayudar a superar un problema de larga information en el desarrollo de sistemas de robótica blanda que importan principios de diseño inspirados en la naturaleza.
“En nuestra comunidad, hay un gran impulso hacia la replicación de sistemas rígidos tradicionales utilizando materiales blandos y un gran movimiento hacia la biomimética”, dijo Markvicka, Robert F. y Myrna L. Krohn Profesor Asistente de Ingeniería Biomédica. “Si bien hemos podido crear electrónica y actuadores estirables que son suaves y conformes, a menudo no imitan la biología en su capacidad para responder a daños y luego iniciar la propia reparación”.
Para llenar ese vacío, su equipo desarrolló un músculo synthetic inteligente y autosuronante con una arquitectura de múltiples capas que permite al sistema identificar y localizar daños, luego iniciar un mecanismo de auto reparación, todo sin intervención externa.
“El cuerpo humano y los animales son increíbles. Podemos cortarnos y magullarse y recibir algunas lesiones bastante graves. Y en la mayoría de los casos, con aplicaciones externas muy limitadas de vendas y medicamentos, podemos hacer autosuros muchas cosas”, dijo Markvicka. “Si pudiéramos replicar eso dentro de los sistemas sintéticos, eso realmente transformaría el campo y cómo pensamos sobre la electrónica y las máquinas”.
El “músculo” del equipo, o actuador, la parte de un robotic que convierte la energía en movimiento físico, tiene tres capas. La parte inferior, la capa de detección de daños, es una piel electrónica suave compuesta de microdroplets de metallic líquido incrustados en un elastómero de silicona. Esa piel se adhiere a la capa intermedia, el componente de autocuración, que es un elastómero termoplástico rígido. En la parte superior está la capa de actuación, que inicia el movimiento del músculo cuando se presuriza con agua.
Para comenzar el proceso, el equipo induce cinco corrientes de monitoreo en la “piel” inferior del músculo, que está conectada a un microcontrolador y circuito de detección. El daño de punción o presión a esa capa desencadena la formación de una pink eléctrica entre las trazas. El sistema reconoce esta huella eléctrica como evidencia de daño y posteriormente aumenta la corriente que se ejecuta a través de la pink eléctrica recién formada.
Esto permite que esa pink funcione como un calentador de Joule native, convirtiendo la energía de la corriente eléctrica en calor alrededor de las áreas de daños. Después de unos minutos, este calor se derrite y reprocesa la capa termoplástica media, que sella el daño, efectivamente la autocuración de la herida.
El último paso es restablecer el sistema a su estado unique borrando la huella eléctrica de daño de la capa inferior. Para hacer esto, el equipo de Markvicka está explotando los efectos de la electromigración, un proceso en el que una corriente eléctrica hace que los átomos metálicos migren. El fenómeno se ve tradicionalmente como un obstáculo en los circuitos metálicos porque los átomos en movimiento se deforman y causan brechas en los materiales de un circuito, lo que lleva a la falla y la rotura del dispositivo.
En una innovación importante, los investigadores están utilizando electromigración para resolver un problema que durante mucho tiempo ha afectado sus esfuerzos para crear un sistema autónomo y autosuronado: la aparente permanencia de las redes eléctricas inducidas por el daño en la capa inferior. Sin la capacidad de restablecer las trazas de monitoreo de línea de base, el sistema no puede completar más de un ciclo de daños y reparaciones.
Golpeó a los investigadores que la electromigración, con su capacidad para separar físicamente los iones metálicos y activar la falla del circuito abierto, podría ser la clave para borrar las trazas recién formadas. La estrategia funcionó: al aumentar aún más la corriente, el equipo puede inducir mecanismos de electromigración y falla térmica que restablecen la pink de detección de daños.
“La electromigración generalmente se ve como un gran negativo”, dijo Markvicka. “Es uno de los cuellos de botella que ha impedido la miniaturización de la electrónica. Lo usamos de una manera única y realmente positiva aquí. En lugar de tratar de evitar que ocurra, estamos, por primera vez, aprovechando las trazas que solíamos pensar eran permanentes”.
La tecnología de autocuración autónoma tiene potencial para revolucionar muchas industrias. En estados agrícolas como Nebraska, podría ser una bendición para los sistemas de robótica que con frecuencia encuentran objetos afilados como ramitas, espinas, plástico y vidrio. También podría revolucionar los dispositivos de monitoreo de salud portátil que deben soportar el desgaste diario.
La tecnología también beneficiaría a la sociedad más ampliamente. La mayoría de los electrónicos basados en el consumidor tienen una vida útil de solo uno o dos años, lo que contribuye a much de millones de libras de desechos electrónicos cada año. Este desperdicio contiene toxinas como el plomo y el mercurio, que amenazan la salud humana y ambiental. La tecnología de autocuración podría ayudar a detener la marea.
“Si podemos comenzar a crear materiales que puedan detectar de manera transversal y autónoma cuando ha ocurrido el daño, y luego iniciar estos mecanismos de auto reparación, realmente sería transformador”, dijo Markvicka.
