Electrónica

Control preciso del movimiento en robots

Un grupo investigador del departamento de Electricidad y Electrónica de la Facultad de Ciencia y Tecnología de Leioa (UPV/EHU), dirigido por el profesor Victor Etxebarria, estudia las características de varios tipos de materiales para su posterior utilización en la generación y medición de movimientos precisos.

A la hora de coger un huevo o una bombilla con los brazos de un robot es indispensable hacerlo con la mayor precisión posible. Por ello, los avances de la ciencia y la tecnología de los materiales han propiciado el diseño y control de sistemas dotados de sensores y actuadores construidos con nuevos materiales.

El Grupo de Automática del Departamento de Electricidad y Electrónica de la Facultad de Ciencia y Tecnología estudia las características estímulo-respuesta de varios tipos de materiales para utilizarlos en la generación y medición de movimientos precisos en sistemas electromecánicos en miniatura y en robótica.

En concreto, los estudios se centran en dos tipos de materiales de prometedoras características para aplicaciones de microposicionamiento: aleaciones de memoria de forma (SMA) y aleaciones de memoria de forma magnética o ferromagnética (MSM o FSMA). Todos ellos son materiales nuevos, catalogados como inteligentes por su capacidad de memorizar la forma o por otras propiedades novedosas.

Movimiento en robots
Grupo investigador del departamento de Electricidad y Electrónica de la Facultad de Ciencia y Tecnología de Leioa (UPV/EHU). De izquierda a derecha, Estibalitz Asua, Victor Etxebarria, Jorge Feuchtwanger y Alfredo García. (Fotografía: I. Kortabitarte)
Las aleaciones de memoria de forma son capaces de recordar al tamaño y forma originales aún después de haber sufrido un proceso de deformación. La más común de estas aleaciones se denomina genéricamente nitinol, puesto que se compone de níquel y titanio, prácticamente al 50%. Existe comercialmente y se suele vender en forma de hilos.

Las aleaciones de memoria de forma magnética son materiales ferromagnéticos capaces de soportar grandes transformaciones reversibles en la forma y tamaño, bajo la aplicación de un campo magnético. No existen comercialmente y actualmente sólo se fabrican en laboratorios de investigación.

El grupo ha construido algunos dispositivos de potencial utilidad en robótica ligera empleando dichos materiales de memoria de forma, e investiga nuevas aplicaciones fundamentalmente orientadas a sistemas electromecánicos ligeros o en miniatura.

Prototipos artesanales

El uso de los SMA como actuadores en aplicaciones de baja precisión no es algo especialmente novedoso. Sin embargo, el personal investigador de la UPV/EHU ha desarrollado unos dispositivos experimentales para mejorar radicalmente el control del posicionamiento de dichos actuadores. Gracias a ello, ha construido el prototipo de una garra ligera para un robot flexible de pequeñas dimensiones, capaz de manipular pequeños objetos. Para ello, ha colocado un hilo de nitinol entre dos láminas metálicas elásticas, de tal manera que, si al hilo se le aplica una corriente eléctrica, las láminas se contraen y las garras se cierran del todo, recogiendo los pequeños objetos que encuentren alrededor. En ausencia de dicha corriente, las garras se abren del todo. Sin embargo, el grupo de investigación de la UPV/EHU ha conseguido mejorar el movimiento de abrir y cerrar, llegando a posicionar dicho movimiento con una precisión de incluso una micra. La precisión de una micra puede ser suficiente en muchas aplicaciones, por ejemplo, en máquina herramienta.

Respecto a las aleaciones de memoria de forma magnética o ferromagnética, el personal investigador de la UPV/EHU ha diseñado un dispositivo con el cual ha conseguido posicionar los objetos con una precisión de alrededor de 20 nanómetros. Al tratarse de un dispositivo artesanal y un sistema de control sencillo, los investigadores no dudan en que se pueda mejorar. Además, puede ser un serio candidato para sustituir los dispositivos actuales más precisos, ya que los dispositivos de posicionamiento fabricados con aleaciones de memoria de forma ferromagnética tienen la gran ventaja de que una vez posicionados adecuadamente no consumen energía. El uso de actuadores de FSMA puede llegar a ser muy importante en algunas aplicaciones, por ejemplo, en los telescopios de grandes dimensiones, que poseen cantidad de espejos que tienen que moverse con alta precisión para enfocar adecuadamente.

Todos estos aparatos, de momento artesanales, sirven para probar las características básicas de los materiales en el laboratorio, pero quizás en un futuro puedan llegar a ser prototipos comerciales finales de dispositivos de robótica y de micro y nanoposicionamiento.


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