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La robótica, los materiales inteligentes y su impacto futuro para la humanidad

Jonathan Rossiter

Jonathan RossiterUniversity of Bristol, Bristol, Reino Unido

Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC),
Swindon, Reino Unido

Es profesor de Robótica en la University of Bristol e investigador del EPSRC. Fundador y director de Soft Robotics Group, en el Bristol Robotics Laboratory, ha sido investigador titular de la Royal Society y de la JSPS. Ha recibido más de 17 millones de libras para investigación y es autor de más de 130 artículos revisados por pares, patentes y licencias comerciales. Sus áreas de interés se centran en la robótica del futuro y en especial en los campos emergentes de robótica blanda y materiales inteligentes. Ha desarrollado nuevas tecnologías, incluidos robots biodegradables, tacto natural con capacidad afectiva, pieles inteligentes para camuflaje, compuestos con memoria de forma y actuadores blandos con múltiples grados de libertad. Con el desarrollo de tecnologías como estas, Jonathan Rossiter trabaja por la consecución de una robótica verdaderamente ubicua.

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¿Qué es un robot? ¿Qué es un material inteligente? ¿Cómo pueden tener un impacto tan importante en nuestras vidas futuras? En el presente artículo analizaremos el verdadero potencial de la robótica y, en particular, de la robótica blanda-inteligente. Estas tecnologías van a dar un vuelco total a nuestra percepción de qué es un robot y cómo nos puede ayudar en el mundo en el que vivimos. En lugar de ver los robots como grandes máquinas rígidas y robustas, podemos pensar en los robots del futuro como organismos artificiales robóticos que cuentan con propiedades que imitan y amplían en gran medida las capacidades de los organismos naturales. Las propiedades únicas de blandura y elasticidad de estas máquinas las hacen muy adecuadas para interacciones con elementos muy delicados, como el cuerpo humano. Además, abordaremos cuestiones sobre la robótica emergente que todavía no han sido objeto de reflexión, como la biodegradabilidad y la transducción de energía regenerativa. Estas nuevas tecnologías impulsarán el avance de la robótica, pero ignoramos hacia dónde, igual que se desconoce la forma exacta de los robots del futuro. Sin embargo, sí que podemos vislumbrar el impacto futuro de la robótica en el ser humano.

Introducción

El siglo xix estuvo marcado por la aceleración y la generalización de los procesos industriales. Al principio del siglo, la Revolución Industrial estaba a mitad de su desarrollo, mientras que en sus postrimerías habíamos desarrollado el coche y estábamos a punto de probar el vuelo con motor. El impacto en la vidas de los humanos fue enorme; se reescribieron las normas sociales y económicas que gobernaban el transporte, la sanidad, la manufactura, los entornos de trabajo y la vida doméstica. En el siglo xx, este proceso se repitió con la Revolución Tecnológica, pero a un ritmo mucho más veloz. La tecnología se desplazó del laboratorio y el instituto de investigación al hogar. El papel de motor impulsor recaía en los nuevos reinos de la electrónica, las telecomunicaciones, la automatización y la computación, en lugar de los sistemas mecánicos del siglo anterior. En los primeros años del siglo xx casi no había teléfonos, pero en los albores del nuevo milenio los móviles eran moneda común; cien años antes apenas se había oído hablar de computadoras, que ya han adquirido una presencia universal. Hoy estamos a las puertas de un nuevo cambio tecnológico de la misma relevancia: la Revolución Robótica. Esta revolución convertirá el siglo xxi en un momento crucial en la historia. Es más, tendrá un impacto irrevocable en nuestras vidas y en las vidas futuras.

En todo caso, ¿qué es la Revolución Robótica y qué comportará en realidad? Para responder a esta pregunta debemos analizar qué es un robot, qué nuevas tecnologías están surgiendo y cambiarán su definición y cómo influirán en la vida de las personas y en la salud del planeta. Si revisamos brevemente las dos revoluciones anteriores, la industrial y la tecnológica, observamos que se caracterizaron por el desarrollo de dos conceptos muy dispares: el mecánico y el eléctrico. La Revolución Robótica, por su parte, explota una fusión entre los sistemas mecánicos, los sistemas eléctricos y los nuevos métodos de computación e inteligencia. Mediante la combinación de lo mejor de las múltiples tecnologías existentes y las nuevas se está desarrollando y se desarrollará un abanico bastante asombroso de robots y sistemas robóticos.

Robots: de amenaza en la Guerra Fría a futuros salvadores

A menudo se define un «robot» por sus capacidades: es una máquina que puede efectuar series complejas de acciones y, en especial, que se puede programar por ordenador. Se trata de una definición útil que engloba una gran proporción de los robots convencionales del tipo que podemos ver en las películas de ciencia ficción. Esta definición y el peso de las percepciones culturales consolidadas sobre qué es un robot influyen en nuestra visión de qué podría ser un robot. El mejor modo de entenderlo es analizar las actitudes culturales frente a los robots en todo el mundo. Si escribimos «robot» en la versión en lengua inglesa del buscador Google, obtenemos imágenes que casi exclusivamente son humanoides, brillantes, de estructura rígida y exentos de emoción (véase Figura 1a). Hay también algunos robots de tipo militar, de aspecto más bien oscuro y agresivo. Estos resultados están sesgados significativamente por el corpus cultural que Google utiliza para encontrar estas opiniones. Si efectuamos la misma búsqueda en la web de Google en lengua japonesa (introduciendo ロボット, el término japonés para robot), obtenemos un conjunto de resultados distintos, como se muestra en la Figura 1b. En este caso, los resultados presentan unos robots mucho más amigables y accesibles, con menos rasgos humanoides y apariencias que recuerdan a dibujos animados o animales. La causa de tal diferencia es histórica y procede del marco cultural de posguerra en el cual se inscribían las nuevas tecnologías y, en particular, la robótica, durante la Guerra Fría. Los robots se convirtieron en un ejemplo de amenaza alienígena. Por el contrario, Japón no se vio afectado por estos prejuicios y, por consiguiente, los robots se consideraban entidades benignas. Estas diferencias históricas y culturales en el desarrollo de la robótica tienen consecuencias profundas: la robótica occidental está fuertemente entretejida con la investigación militar, mientras que la robótica oriental se centra en la asistencia, el cuidado sanitario y la industria. Estos antecedentes culturales perpetúan también nuestras visiones sesgadas sobre qué aspecto debería tener un robot y cómo se tendría que comportar.>

Ahora tenemos la oportunidad de romper con estas convenciones. No es necesario que un robot sea humanoide, que tenga miembros, que camine ni que hable. En lugar de ello, cabe una interpretación mucho más amplia de qué es un robot. Los límites entre los materiales inteligentes, la inteligencia artificial, la personificación, la biología y la robótica se están volviendo difusos: he aquí la verdadera vía por la cual la robótica influiría en la raza humana en los próximos veinte a cuarenta años. ¡Y menudo impacto cabe esperar! Desde robots que puedan supervisar y reparar el entorno natural hasta nanorrobots para controlar y eliminar el cáncer; desde robots que liderarán la colonización de planetas hasta robots de compañía que nos salvarán de la soledad en la edad avanzada. Ni en nuestra sociedad ni en nuestras vidas habrá nada ajeno a la influencia de la robótica del futuro. En resumen, serán ubicuos.

Hacia unos organismos robóticos ubicuos

La naturaleza ha encontrado vías de explotar las diferencias en las condiciones medioambientales y amoldarse a ellas. A través de la adaptación evolutiva, se han desarrollado un sinfín de organismos que operan y progresan en condiciones diversas y a menudo extremas. Por ejemplo, el tardígrado (Schokraie et al. 2012) es capaz de sobrevivir a presiones superiores a las existentes en los océanos más profundos y en el espacio, puede soportar temperaturas desde 1 K (-272 °C) a 420 K (150 °C) y puede vivir treinta años sin alimentos. Asimismo, los organismos a menudo operan en simbiosis con otros. Por ejemplo, el humano medio tiene cerca de 30 billones de células, pero contiene cerca de 40 billones de bacterias (Sender et al. 2016). Los organismos naturales abarcan tamaños que van del de las bacterias independientes más pequeñas, las Pelagibacter ubique, de cerca de 0,5 µm de longitud, al de la ballena azul, de alrededor de 30 metros de largo. ¡Un rango de longitudes de siete órdenes de magnitud, por aproximadamente 15 órdenes de magnitud en volumen! Lo que muestran estos datos asombrosos es que, si la naturaleza puede usar los mismos componentes biológicos (ADN, aminoácidos, etcétera) para un abanico tan asombroso de organismos, nosotros también podemos emplear nuestros componentes robóticos para cubrir un espectro mucho mayor de entornos y aplicaciones que los actuales. De este modo, podríamos igualar la ubicuidad de los organismos naturales.

Para conseguir la ubicuidad robótica no solo debemos estudiar y reproducir los hitos de la naturaleza, también ir más allá con un desarrollo más veloz (¡sin duda, menos dilatado en el tiempo que la propia evolución!) y más tecnologías generales y adaptables. Otro modo de ver los robots futuros es considerarlos organismos artificiales. En lugar de un robot convencional que se puede descomponer entre los apartados mecánico, eléctrico e informático, podemos pensar en un robot en términos de sus homólogos biológicos, y con tres componentes principales: un cuerpo, un cerebro y un estómago. En los organismos biológicos, la energía es convertida en el estómago y se distribuye por todo el cuerpo para alimentar los músculos y el cerebro, que controla el organismo. Por lo tanto, se da una equivalencia funcional entre el organismo robótico y el organismo natural: el cerebro equivale a la computadora o sistema de control, el cuerpo a la estructura mecánica del robot, y el estómago a la fuente de energía del robot, ya se trate de una batería, una placa solar o cualquier otra fuente de energía. La ventaja del paradigma del organismo artificial es que nos alienta a explotar todas las características de los organismos biológicos e, incluso, ir más allá. Estas características comprenden cualidades en gran medida omitidas por la investigación robótica actual, como el funcionamiento en condiciones variables y duras, la integración en entornos medioambientales benignos, la reproducción, la muerte y la descomposición. Todas ellas son esenciales para el desarrollo de unos organismos robóticos ubicuos.

Este objetivo solo es factible mediante una investigación concertada en las áreas de los materiales inteligentes, la biología sintética, la inteligencia artificial y la adaptación. En este capítulo nos centraremos en el desarrollo de materiales inteligentes novedosos destinados a la robótica, pero también entenderemos por qué el desarrollo de materiales no puede aislarse de otras áreas de investigación muy necesarias.

Materiales inteligentes para robots blandos

Un material inteligente es aquel que muestra un efecto observable en una de sus facetas cuando es estimulado desde otra. Quedan cubiertas todas las facetas, incluida la mecánica, la eléctrica, la química, la óptica, la térmica, etcétera. Por ejemplo, un material termocromático muestra un cambio de color cuando se calienta, mientras que un polímero electroactivo genera una prestación mecánica (es decir, se mueve) cuando recibe una estimulación eléctrica (Bar-Cohen 2004). Los materiales inteligentes pueden añadir nuevas capacidades a la robótica y, especialmente, a los organismos artificiales. ¿Necesitamos un robot que pueda detectar los productos químicos? Podemos utilizar un material inteligente que cambie de propiedades eléctricas cuando esté expuesto al producto químico en cuestión. ¿Necesitamos un dispositivo robótico que se pueda implantar en una persona pero que se degrade hasta desaparecer cuando haya cumplido su función? Podemos emplear polímeros biodegradables, biocompatibles y de disolución selectiva. La «inteligencia» de los materiales inteligentes se puede incluso cuantificar. Su coeficiente de inteligencia (CI) se puede calcular evaluando su capacidad de respuesta, agilidad y complejidad (por ejemplo, el número de cambios de fase que pueden soportar) (Cao et al. 1999). Si combinamos múltiples materiales inteligentes en un robot podemos incrementar en gran medida el CI de su cuerpo.

De izquierda a derecha: el protozoo Euglena flagellate, el robusto tardígrado Milnesium tardigradum y el pulpo mimético Thaumoctopus mimicus

Los materiales inteligentes pueden ser duros, como los piezomateriales (Curie y Curie 1881); flexibles, como las aleaciones con memoria de forma (Wu y Wayman 1987); blandos, como los elastómeros dieléctricos (Pelrine et al. 2000); e incluso fluidos, como los ferrofluidos (Albrecht et al.1997) y los fluidos electrorreológicos (Winslow 1949). Es una muestra de la gran facilidad y variedad de estos materiales, que cubren en gran medida el mismo conjunto de propiedades físicas (rigidez, elasticidad y viscosidad) que el tejido biológico. Una característica importante de casi todos los organismos biológicos y, sin duda, de todos los animales, es que dependen de la blandura. Ningún animal, ya sea grande o pequeño, insecto o mamífero, reptil o pez, es totalmente duro. Incluso los insectos, dotados de exoesqueletos rígidos, son blandos y adaptables por dentro. Es un fenómeno directamente relacionado con la dependencia de la naturaleza de la actuación (la generación de movimiento y fuerzas) de tejido blando como el muscular. La humilde cucaracha es un excelente ejemplo de ello: aunque cuente con un cuerpo muy rígido y robusto, sus miembros están articulados mediante tejido muscular blando (Jahromi y Atwood 1969). Si observamos con detenimiento el reino animal, podemos encontrar muchos organismos que son blandos casi por completo. Por ejemplo, los gusanos, las babosas, los moluscos, los cefalópodos y algunas algas pequeñas como la euglena. Sacan partido a su blandura para doblarse, retorcerse y estrujarse a fin de cambiar de forma, esconderse y desplazarse. Sin ir más lejos, un pulpo, para escapar, puede encogerse hasta pasar por una abertura de menos de una décima parte del diámetro de su cuerpo (Mather 2006). A pesar de su blandura, puede también generar fuerzas suficientes para aplastar objetos y otros organismos, al tiempo que goza de la destreza suficiente para abrir la tapa a rosca de un frasco (BBC 2003). Estas deformaciones corporales tan notables son posibles no solo gracias a los tejidos musculares blandos, también a la explotación de principios hidráulicos e hidrostáticos que permiten un cambio controlable de la rigidez (Kier y Smith 1985).

En la naturaleza abundan los ejemplos de qué se puede hacer con los materiales blandos, de modo que nos interesa explotar dichas posibilidades en nuestros robots. Pasemos ahora a abordar algunas de las tecnologías con el potencial para brindarnos esta capacidad. Las tecnologías robóticas de vanguardia se pueden dividir en tres grupos: 1) sistemas blandos hidráulicos y neumáticos, 2) materiales inteligentes como sensores y actuadores y 3) materiales que cambian de rigidez. En fechas recientes, la robótica blanda ha cobrado protagonismo gracias al resurgir de los sistemas de impulso por fluido combinado con una mayor comprensión de la modelización de materiales elastoméricos. Aunque se ha hecho un gran trabajo en el perfeccionamiento de los actuadores neumáticos de goma con refuerzo trenzado (Meller et al. 2014), este discreto enfoque basado en componentes limita su ámbito de aplicación.

Se evidencia un mejor enfoque en la clase pneunet (red neumática) de actuadores robóticos (Ilievski et al. 2011) y su evolución hacia los dispositivos blandos ponibles (Polygerinos et al. 2015) y los robots robustos (Tolley et al. 2014). Las pneunets son estructuras neumáticas multicámara y de una sola pieza, formadas por elastómeros de poliuretano y silicona. Por desgracia, los sistemas hidráulicos y neumáticos están enormemente limitados por su necesidad de bombas externas, depósitos de aire o fluido y válvulas. Estos mecanismos añaden un volumen y un peso considerable al robot y reducen su blandura.

Un enfoque mucho mejor consiste en buscar sistemas que no dependan de estos aparatosos elementos auxiliares. Los sensores y actuadores de materiales inteligentes tienen el potencial de permitirlo mediante la sustitución de la presión del fluido por efectos eléctricos, térmicos o fotónicos. Por ejemplo, los polímeros electroactivos (PEA) convierten la energía eléctrica en deformación mecánica. Las Figuras 2 y 3 muestran dos formas comunes de PEA: el actuador de elastómero dieléctrico (AED) (Pelrine et al. 2000) y el actuador de polímero iónico (API) (Shahinpoor y Kim 2001). El AED está compuesto de una capa central de elastómero de alta constante dieléctrica, encerrada entre dos capas elásticas de electrodo. Cuando un campo eléctrico de gran magnitud (del orden de 1 MV/m) se aplica a la estructura compuesta, se acumulan cargas opuestas en los dos electrodos y estas se ven atraídas por las fuerzas de Coulomb, etiquetadas con σ en la Figura 2. Estas inducen tensiones de Maxwell en el elastómero, que hacen que se comprima entre los electrodos y se expanda en el plano, etiquetado con ε en la Figura 2. Dado que las fuerzas de Coulomb son inversamente proporcionales a la separación entre cargas y que los electrodos se expanden al actuar, lo que incrementa el área de acumulación de carga, la tensión inducida en el actuador AED es proporcional al cuadrado del campo eléctrico. Esto incentiva a reducir al máximo el grosor de la capa de elastómero. Desgraciadamente, una capa más fina de elastómero hace necesarias más capas para hacer nuestro robot, con la consiguiente mayor probabilidad de un defecto de fabricación o una avería eléctrica. Dado que los AED tienen una densidad de potencia cercana a la de los músculos biológicos (Pelrine et al. 2000), son buenos candidatos para su desarrollo hacia organismos artificiales y dispositivos de asistencia ponibles.

Por otra parte, los actuadores de polímero iónico son materiales inteligentes que funcionan de acuerdo con un principio electromecánico distinto, como muestra la Figura 3. Los API se fabrican a partir de una capa central conductora iónica, de nuevo encerrada entre dos electrodos conductores. Sin embargo, a diferencia de los AED, su campo eléctrico es mucho menor (1 kV/m) y, por lo tanto, los electrodos deben tener más capacidad de conducción. Cuando se aplica un campo eléctrico, los iones libres del conductor iónico se desplazan hacia los electrodos, donde se acumulan. La elevada concentración de iones en los electrodos hace que se expandan, dado que las cargas iguales se repelen a causa de las fuerzas de Coulomb de la zona. Si los cationes (+) y los iones (–) guardan diferencias significativas en tamaño y carga, habrá una falta de correspondencia en la expansión de los dos electrodos y el API se doblará. La ventaja del API es que funciona con voltajes mucho menores que los AED, pero solamente puede generar fuerzas menores. Un recién llegado al catálogo de materiales inteligentes es el actuador de nailon bobinado (Haines et al. 2014). Se trata de un actuador térmico fabricado a partir de un único filamento de nailon insertado en torsión y enrollado. Al calentarse, su estructura se contrae. Pese a que el actuador de nailon tiene el potencial de proporcionar dispositivos robóticos fiables y de bajo coste, está condenado por su ciclo térmico. Al igual que con el resto de actuadores térmicos, incluidas las aleaciones con memoria de forma (AMF), es relativamente fácil calentar la estructura (y, de este modo, hacer que se contraiga su filamento parecido a un músculo), pero es mucho más complicado volver atrás y enfriar el dispositivo. En consecuencia, la velocidad de ciclo de los actuadores de nailon (y de los de AMF) es baja, de menos de 10 Hz. Por el contrario, los AED y API se han probado a cientos de hercios y se ha mostrado que los AED podían incluso funcionar como un altavoz (Keplinger et al. 2013).

La última capacidad necesaria para fabricar el cuerpo de los organismos robóticos blandos es el cambio de rigidez. Pese a que se puede conseguir mediante la activación de músculos, como en los pulpos, existen varias tecnologías de robótica blanda susceptibles de lograr la modulación de la rigidez con independencia de la actuación. En este grupo de tecnologías encontramos los polímeros con memoria de forma (PMF) y la consolidación granular (jamming). Los PMF son polímeros que experimentan una transición de fase controlable y reversible desde un estado rígido y vidrioso a una forma blanda y elástica (Lendlein et al. 2013). Los más común es que sean estimulados mediante calor, pero algunos PMF efectúan su transición al recibir estímulos fotónicos o eléctricos. Una propiedad destacable de los PMF es su capacidad de «memorizar» un estado programado. De este modo se puede conseguir que un robot PMF haga una transición de blando a duro y, una vez completada la operación, lograr a su vez que regrese automáticamente a su forma previa a la programación. Los PMF nos brindan también la interesante posibilidad de combinarlos con actuadores estimulados por la misma fuente de energía. Por ejemplo, un polímero con memoria de forma de accionamiento térmico se puede combinar con un PMF térmico para proporcionar una estructura compleja que comprenda la actuación, el cambio de rigidez y la memoria en una sola unidad alimentada en exclusiva por calor (Rossiter et al. 2014). La consolidación granular o jamming, al contrario que el cambio de fase de los PMF, es un mecanismo más mecánico (Amend et al. 2012). Se rellena con materiales granulares una cámara flexible, cuya rigidez se puede controlar bombeando un fluido a su interior o extrayéndolo. Cuando el aire se evacúa de la cámara, la presión atmosférica debida al vacío del interior de la cámara hace que los gránulos se compriman entre sí y se tornen rígidos. De este modo, se puede fabricar una estructura cambiante de rigidez binaria blanda-dura. Una estructura compuesta de este tipo resulta muy adecuada para dispositivos de ayuda ponibles y robots de exploración.

Robots donde menos los esperamos

Después de haber abordado las tecnologías que abrirán la puerta a una nueva generación de robótica, pasamos a analizar el modo en que dichos robots pueden aparecer en nuestra vida y cómo nos relacionaremos y viviremos con ellos.

Pieles inteligentes

La flexibilidad de la robótica blanda la hace ideal para la interacción directa con el tejido biológico. Las interacciones blando-blando entre un robot de este tipo y un ser humano son, por naturaleza, mucho más seguras que la interfaz rígido-blando que imponen los robots rígidos convencionales. Se ha trabajado mucho en los materiales inteligentes para el contacto directo de piel contra piel y para la integración en la piel humana, lo que incluye conexiones eléctricas y componentes electrónicos (Kim et al. 2011). Una segunda piel robótica blanda de tipo funcional puede ofrecer muchas ventajas inasequibles para un revestimiento convencional. Por ejemplo, puede mimetizar la capacidad de cambiar de color de los cefalópodos (Morin et al. 2012) o cambiar fluidos de lugar, como los peces teleósteos (Rossiter et al. 2012), y de ese modo regular la temperatura. El devenir natural de este tipo de pieles radica en la fabricación de vendas inteligentes para facilitar la curación de heridas y reducir la difusión de las bacterias con resistencia microbiana, al limitar la necesidad de antibióticos. Por supuesto, estas pieles pueden servir de ropa, pero todavía nos queda lejos la aceptación social de segundas pieles como sustitutas de las prendas de vestir convencionales. Por otra parte, si explotamos las tecnologías de actuación blanda fibrosa como el actuador de bobina de nailon y los compuestos de aleación-polímero con memoria de forma (Rossiter et al. 2014), podremos tejer músculos artificiales en el interior de las telas. Por consiguiente, nos brindan la posibilidad de crear ropa activa y reactiva. Estas prendas inteligentes ofrecen también una nueva facultad sin igual: dado que el material inteligente está en contacto directo con la piel y que cuenta con capacidades de actuación, puede aplicar a la piel una estimulación mecánica directa. De este modo, podemos integrar la comunicación táctil en la ropa. Hay que tener en cuenta que el canal de la comunicación táctil se ha quedado rezagado respecto a los demás sentidos. Tomemos, como ejemplo, los smartphones actuales: su elevado ancho de banda tanto para la reproducción de imágenes como de sonido contrasta con unas capacidades de estimulación táctil casi inexistentes. Con prendas de vestir con función táctil podríamos generar sensaciones «afectivas» naturales de tacto, lo que nos ofrecería un nuevo y revolucionario canal de comunicación potencial. En lugar de un rudo motor vibrador (como el empleado en los teléfonos móviles) podríamos acariciar, hacer cosquillas o proporcionar otras sensaciones táctiles agradables (Knoop y Rossiter ٢٠١٥).

Dispositivos de asistencia

Si la ropa inteligente anteriormente citada fuera capaz de generar fuerzas superiores, podría servir no solo para la comunicación, sino también para la asistencia física. Una solución futura para las personas debilitadas, discapacitadas o ancianas pueden ser las prendas de vestir con asistencia de movimiento, que les devolverán la movilidad. Devolver la movilidad puede tener un impacto considerable en la calidad de vida del que lleva la ropa e incluso permitirle volver a la vida productiva, con lo que se contribuiría a su vez a la economía en general. La dificultad de esta propuesta es la densidad de potencia de las tecnologías de actuación que contienen los dispositivos de asistencia. Si el que se pone esa prenda sufre de debilidad, por ejemplo al haber perdido masa muscular, necesitará un aumento de potencia significativo, pero el peso necesario para lograrlo podría resultar contraproducente. Por lo tanto, un dispositivo de asistencia debería ser lo más ligero y confortable posible, con una actuación dotada de una densidad de potencia significativamente superior a la de los músculos biológicos. En la actualidad es algo que todavía no está al alcance de la tecnología más avanzada. Llegado un momento, los dispositivos de asistencia ponibles harán innecesarios los dispositivos de asistencia convencionales. ¿Por qué usar una silla de ruedas si se puede volver a caminar con unos pantalones impulsores basados en robótica blanda?

Dispositivos médicos

La biointegración que ejemplificaban los dispositivos ponibles descritos en el apartado anterior se puede llevar más allá, dentro del cuerpo. Dado que la robótica blanda es tan adecuada para la interacción con tejido biológico, no es descabellado imaginar que un dispositivo de este tipo se pueda implantar en el cuerpo e interactuar físicamente con sus estructuras internas. Por consiguiente, podríamos fabricar dispositivos médicos implantables capaces de restaurar la funcionalidad de órganos y estructuras enfermos o dañados. Pensemos, por ejemplo, en el tejido blando canceroso que puede afectar a nuestros órganos, desde los intestinos y la próstata hasta la laringe y la tráquea. Ante estas enfermedades, el tratamiento típico implica la escisión quirúrgica del cáncer y la gestión de las afecciones resultantes. Es posible que un paciente con cáncer de laringe se someta a una laringectomía que después le prive de la capacidad de hablar y le obligue a sufrir una traqueotomía permanente. Mediante el desarrollo y la implantación de un órgano robótico blando de sustitución podemos restaurar sus capacidades funcionales y permitir que el paciente vuelva a hablar, tragar, toser y disfrutar de la vida. Esta robótica blanda biointegrada se encuentra en fase de desarrollo y se espera que llegue al ámbito clínico en los próximos diez a quince años.

Robots biodegradables y ecológicos

Es natural ampliar el concepto de biointegración desde el entorno doméstico (antropocéntrico) hasta el entorno natural. Hoy en día, los robots que operan en el entorno natural se ven limitados por las tecnologías mismas en que se basan. Dado que están hechos de materiales rígidos, complejos y dañinos para el medio ambiente, deben ser sometidos a un control constante. Cuando alcanzan el final de sus vidas productivas, hay que recuperarlos y procesarlos como residuos. En cambio, si pudiéramos fabricar robots totalmente respetuosos con el medioambiente, podríamos despreocuparnos más de su recuperación una vez que ya no sirvieran. Esto es ya posible gracias al desarrollo de la robótica blanda biodegradable (Rossiter et al. 2016). Sacando partido a materiales inteligentes que no solo son seguros para el medioambiente durante su vida útil, sino que también se degradan de un modo seguro hasta su total descomposición en la naturaleza, podemos crear robots que vivan, mueran y desaparezcan sin daños medioambientales. Cambia así nuestro modo de desplegar robots en el entorno natural: en lugar de tener que vigilar y recuperar un número reducido de robots dañinos para el medioambiente, podemos desplegar miles o incluso millones de robots con la tranquilidad de saber que se degradarán sin peligro en la naturaleza, sin causar daño alguno. Una evolución natural de los robots biodegradables consiste en los robots comestibles. En este caso, un robot comestible se podría ingerir, trabajar durante un día dentro del cuerpo y, a continuación, ser procesado por el organismo. Nos brindaría, pues, un nuevo método para administrar tratamientos y medicamentos en el interior del cuerpo de un modo controlado y cómodo.

Robots blandos inteligentes

Todos los actuadores blandos descritos en apartados anteriores ejercen de transductores. Es decir, convierten una forma de energía en otra. A menudo este efecto de transducción se puede invertir. Por ejemplo, los actuadores de elastómeros dieléctricos se pueden reconfigurar para convertirse en generadores de elastómeros dieléctricos (Jin et al. 2011). En un generador de este tipo la membrana de elastómero blando es deformada mecánicamente, lo que genera electricidad. Ahora podemos combinar este efecto generador con la robótica ponible que hemos descrito en apartados anteriores. Un dispositivo ponible actuador-generador puede, por ejemplo, proporcionar más potencia al subir una cuesta y, una vez que el usuario haya alcanzado la cima, generar electricidad a partir del movimiento del cuerpo, mientras el usuario camina tranquilamente cuesta abajo. Este tipo de «frenada regenerativa» de los robots blandos es solo un ejemplo del potencial de la conversión bidireccional de energía en este tipo de robótica. Estos materiales muestran dos componentes de computación: de entrada y de salida. Al combinar estas dos capacidades con las propiedades de respuesta a la tensión inherentes a los citados materiales, cabe la posibilidad de realizar robots que puedan computar con sus cuerpos. Se trata de un paradigma nuevo y potente, a menudo descrito en términos más generales como inteligencia incorporada o computación morfológica (Pfeifer y Gómez 2009). Por ejemplo, mediante la computación morfológica podemos otorgar un control de bajo nivel al cuerpo del robot blando. Por lo tanto, ¿necesitamos que nuestro organismo robótico blando tenga cerebro? En muchos robots blandos sencillos el cerebro puede estar de más, puesto que su cuerpo mismo lleva a cabo toda la computación efectiva. Este rasgo simplifica todavía más a este tipo de robot y contribuye a su potencial de ubicuidad.

Conclusiones

El presente capítulo apenas ha analizado la punta del iceberg de qué es un robot, cómo se puede pensar en este como en un organismo robótico blando y de qué modo los materiales inteligentes ayudarán a hacer realidad y revolucionar la robótica del futuro. Por otra parte, se ha analizado el impacto futuro de la robótica en los humanos, pero lo cierto es que solo podemos aventurar su magnitud. Del mismo modo que el impacto de internet y de la World Wide Web eran imposibles de predecir, no podemos imaginar adónde nos llevará la robótica futura. ¿Realidad virtual inmersiva? Sin duda. ¿Cuerpos de recambio? Es probable. ¿Un trastorno total de nuestras vidas y de la sociedad? ¡Bastante posible! En nuestro discurrir por el camino de la revolución robótica, cuando echemos la vista atrás recordaremos esta década como el escenario del verdadero despegue de la robótica, cuando se sentaron las bases de nuestro mundo futuro.

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