El ‘metabot’ magnético puede expandirse, asumir nuevas formas y moverse como un robot, pero sin motor o engranajes internos
Los ingenieros de la Universidad de Princeton han creado un tipo de material que puede expandirse, asumir nuevas formas, moverse y seguir comandos electromagnéticos como un robot controlado remotamente a pesar de que carece de motor o engranajes internos. Crédito: Aaron Nathans/Princeton University
En un experimento que recuerda a la franquicia de películas “Transformers”, los ingenieros de la Universidad de Princeton han creado un tipo de material que puede expandirse, asumir nuevas formas, moverse y seguir comandos electromagnéticos como un robot controlado remotamente, a pesar de que carece de motor o engranajes internos.
“Puede transformarse entre un material y un robot, y es controlable con un campo magnético externo”, dijo el investigador Glaucio Paulino, profesor de ingeniería de Margareta Engman Augustine en Princeton.
En un artículo publicado en Nature, los investigadores describen cómo se inspiraron en el arte plegable del origami para crear una estructura que desdibuja las líneas entre robótica y materiales. La invención es un metamaterial, que es un material diseñado para presentar propiedades nuevas e inusuales que dependen de la estructura física del material en lugar de su composición química.
En este caso, los investigadores construyeron su metamaterial utilizando una combinación de plásticos simples y compuestos magnéticos hechos a medida. Usando un campo magnético, los investigadores cambiaron la estructura del metamaterial, lo que hace que se expandiera, se mueva y se deforma en diferentes direcciones, todo de forma remota, sin tocar el metamaterial.
El equipo llamó a su creación un “metabot”, un metamaterial que puede cambiar su forma y moverse.
“Los campos electromagnéticos llevan potencia y señal al mismo tiempo. Cada comportamiento es muy simple, pero cuando los unes, el comportamiento puede ser muy complejo”, dijo Minjie Chen, autora del documento y profesora asociada de ingeniería eléctrica e informática en el Centro Andlinger para la Energía y el Medio Ambiente en Princeton. “Esta investigación ha superado los límites de la electrónica de potencia al demostrar que el torque se puede pasar de forma remota, instantánea y precisa a la distancia para desencadenar intrincados movimientos robóticos”.
Los ingenieros de la Universidad de Princeton han creado un tipo de material que puede expandirse, asumir nuevas formas, moverse y seguir comandos electromagnéticos como un robot controlado remotamente a pesar de que carece de motor o engranajes internos. Crédito: Universidad de Princeton
El metabot es una conglomeración modular de muchas células unitarias reconfigurables que son imágenes espejo entre sí. Este reflejo, llamado quiralidad, permite un comportamiento complejo. Tuo Zhao, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Paulino, dijo que el metabot puede hacer grandes contorsiones, deteniendo, contratando y reduciendo, en respuesta a un simple impulso.
Xuanhe Zhao, un experto en materiales y robóticos que no participó en la investigación, dijo que “el trabajo abre una nueva y emocionante vía en diseño y aplicaciones de origami”.
“El trabajo actual ha logrado metamateriales mecánicos extremadamente versátiles al controlar el ensamblaje y el estado quiral de los módulos”, dijo Zhao, profesor de Helen Whitaker en el MIT. “La versatilidad y la funcionalidad potencial de los metamateriales de origami quirales modulares son realmente impresionantes”.
Davide Bigoni, profesor de mecánica sólida y estructural en la Universita ‘di Trento en Italia, calificó el trabajo innovador y dijo que podría “impulsar un cambio de paradigma a través de múltiples campos, incluida la robótica blanda, la ingeniería aeroespacial, la absorción de energía y la termorregulación espontánea”.
Explorando las aplicaciones de robótica de la tecnología, Tuo Zhao, autor del documento, utilizó una máquina de litografía láser en el Instituto de Materiales Princeton para crear un metabot prototipo de altura de 100 micras (un poco más grueso que un cabello humano). Los investigadores explicaron que robots similares podrían algún día entregar medicamentos a partes específicas del cuerpo o ayudar a los cirujanos a reparar los huesos o tejidos dañados.
Los ingenieros de la Universidad de Princeton han creado un tipo de material que puede expandirse, asumir nuevas formas, moverse y seguir comandos electromagnéticos como un robot controlado remotamente a pesar de que carece de motor o engranajes internos. Crédito: Universidad de Princeton
Los investigadores también utilizaron el metamaterial para crear un termorregulador que funciona cambiando entre una superficie negra que absorbe la luz y una reflectante. En un experimento, expusieron el metamaterial a la luz solar brillante y pudieron ajustar la temperatura de la superficie de 27 grados Celsius (80 grados Fahrenheit) a 70 C (158 F) y de regreso nuevamente.
Otro posible uso radica en aplicaciones de antenas, lentes y dispositivos que se ocupan de longitudes de onda de luz.
La geometría contiene la clave del nuevo material. Los investigadores construyeron tubos de plástico con puntales de soporte dispuestos para que los tubos se torcieran cuando se compriman y se compriman cuando se retorcían. En origami, estos tubos se llaman patrones de kresling. Los investigadores crearon los bloques de construcción de su diseño conectando dos tubos Kresling de imagen espejo en la base para hacer un cilindro largo. Como resultado, un extremo del cilindro se pliega cuando se tuerce en una dirección y el otro extremo se pliega cuando se retuerce en la dirección opuesta.
Este patrón simple de repetición de tubos permite mover cada sección del tubo de forma independiente utilizando campos magnéticos con diseñamiento precisamente. El campo magnético hace que los tubos Kresling se torcieran, colapsen o abran, creando comportamientos complejos.
Paulino explicó que una consecuencia de la quiralidad, las secciones de imagen espejo, es que el material puede desafiar las reglas típicas de acciones y reacciones en los objetos físicos.
“Por lo general, si giro un haz de goma en sentido horario y luego en sentido antihorario, vuelve a su punto de partida”, dijo Paulino. El grupo creó un metabot simple que se derrumba cuando se retira en sentido horario, luego se vuelve a abrir cuando se retuerce en sentido antihorario, un comportamiento normal. Sin embargo, si se retuerce en la secuencia opuesta, en el sentido de las orillas en el sentido de las agujas del reloj, el mismo dispositivo colapsa, luego colapsa aún más.
Los ingenieros de la Universidad de Princeton han creado un tipo de material que puede expandirse, asumir nuevas formas, moverse y seguir comandos electromagnéticos como un robot controlado remotamente a pesar de que carece de motor o engranajes internos. Crédito: Konstantinos Manos/Princeton University
Paulino explicó que este comportamiento asimétrico simula un fenómeno llamado histéresis, en el que la respuesta de un sistema a un estímulo depende de la historia de los cambios dentro del sistema. Dichos sistemas, que se encuentran en ingeniería, física y economía, son difíciles de modelar matemáticamente. Paulino dijo que el metamaterial ofrece una forma de simular directamente estos sistemas.
Un uso más distante para el nuevo material sería diseñar estructuras físicas que imiten el rendimiento de las puertas lógicas hechas con transistores en una computadora.
“Esto nos da un método físico para simular un comportamiento complejo, como los estados no comunicados”, dijo Paulino.
El trabajo fue un esfuerzo conjunto en Princeton. El investigador postdoctoral Xiangxin Dang, del laboratorio de ingeniería civil de Paulino, preparó simulaciones y modelos para analizar la deformación metamaterial. Konstantinos Manos, un estudiante graduado coinventado por el Laboratorio de Ingeniería Eléctrica de Chen y el Laboratorio de Paulino, trabajó para construir el hardware de la unidad magnética e investigador postdoctoral Shixi Zang del laboratorio de Paulino realizado experimentos y trabajó con el laboratorio de diseño óptico y térmico del profesor Jyotirmoy Mandal para diseñar y construir el termorregulador.
Más información: Glaucio Paulino, Metamateriales de origami quirales modulares, Naturaleza (2025). Doi: 10.1038/s41586-025-08851-0. www.nature.com/articles/s41586-025-08851-0
Proporcionado por la Universidad de Princeton
Cita: el ‘metabot’ magnético puede expandirse, asumir nuevas formas y moverse como un robot, pero sin motor o engranajes internos (2025, 23 de abril) recuperado el 23 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-magnetic-metabot-ensume-robot-motor.htmlll
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