Científicos españoles hacen músculos artificiales con sensibilidad al tacto

En el camino de lograr que las máquinas imiten cada vez mejor a los humanos, la reproducción del sentido del tacto es complicada. Una extremidad robótica levanta objetos incluso muy pesados, pero ¿cómo lograr que el ingenio sepa cuándo tiene que aplicar una gran fuerza para manipular una pieza robusta o sujetar con toda delicadeza un huevo entre sus dedos sin espachurrarlo? Los investigadores españoles Toribio Fernández y María Teresa Cortés (de la Universidad Politécnica de Cartagena) han desarrollado un músculo artificial que es a la vez un sensor de tacto y actuador mecánico, aplicando la energía necesaria en cada ocasión.

Las aplicaciones potenciales son inmensas, abriendo la perspectiva de máquinas robotizadas (teledirigidas o programadas) con tacto, para hacer trabajos de alta precisión en cualquier entorno de difícil acceso a los humanos, ya sea en las profundidades marinas o en el espacio o en un entorno peligroso. El músculo lleva un plástico especial, un polímero conductor que reacciona al paso de una corriente eléctrica y responde a los cambios de la presión que ejerce el dedo sobre el objeto a manipular. Los investigadores han dado a conocer su desarrollo en la revista Advanced Materials.

"Este avance puede suponer un cambio de paradigma en el desarrollo de todo tipo de máquinas y de robots, especialmente en el desarrollo de interfases con la realidad virtual y en el manejo de robots a distancia", explica Toribio Fernández, y pone un ejemplo: "Con un dispositivo basado en este sistema, un especialista en la Tierra puede operar a un astronauta en el espacio con igual precisión y sensibilidad que en el quirófano, a través de un robot con sensibilidad táctil; de hecho, la resolución de emergencias quirúrgicas es uno de los problemas de la exploración espacial tripulada lejos de la Tierra".

Los brazos o dedos robotizados normales, si se pretende que tengan algo de sensibilidad, tienen que llevar varios sensores de presión, cada uno con sus cables correspondientes, lo que complica enormemente el artefacto. El músculo artificial que funciona como sensor y actuador puede sustituir todo eso y supone un cambio radical en la robótica, comenta Fernández. La clave está en los polímeros conductores, descubiertos en 1979 y galardonados con el premio Nobel en 2000.

Para el músculo, los investigadores de Cartagena han utilizado un plástico de este tipo denominado polipirrol, en dos capas conductoras, y en medio una película adherente por las dos caras y no conductora. "Al introducir esta tira en una solución acuosa y pasar una corriente eléctrica por las dos capas conductoras, una -al aplicar carga positiva- se oxida y se expande, y la otra -carga negativa- se contrae", explica Fernández. "Es como un músculo natural: le llega corriente eléctrica del cerebro, se liberan iones a las células musculares y empiezan a cambiar de forma las proteínas, generándose energía mecánica. En resumen: en ambos casos -el músculo artificial y el natural- tenemos corriente eléctrica, intercambio de iones en un medio acuoso y un polímero que cambia de volumen".

Durante los experimentos con esta tira de tres capas plásticas, los científicos constataron que el músculo artificial, al encontrar un obstáculo, lo tocaba, lo arrastraba (ejecutando un trabajo mecánico) y lo sobrepasaba. Repitieron el ensayo en varias pruebas y demostraron que cuando la tira de músculo toca un objeto, el potencial salta de forma directamente proporcional al peso, actuando así como sensor y como actuador.

En la oscuridad

Se puede hacer una prueba similar con la mano recorriendo la superficie de una mesa en la oscuridad (para que la información visual que recibe el cerebro no condicione la reacción): cuando el dedo detecta un objeto, ejerce una presión para desplazarlo proporcional al peso del mismo, ya que los músculos naturales son sensores y actuadores. Del mismo modo, el músculo artificial de la tira de plásticos siente la resistencia que presenta el objeto y reacciona en consonancia, aumentando o disminuyendo el consumo de energía eléctrica, que transforma en mecánica.

"Es la primera vez que se comunica la existencia de un músculo artificial de esta naturaleza", afirma el investigador acerca del desarrollo presentado en Advanced Materials, que supone un paso adelante importante en su línea de trabajo, desde que hace más de diez años presentó el primer músculo artificial, que aún no era sensor.

Los polímeros de conductividad variable, como el polipirrol, han abierto, además, toda una vía hacia una nueva microelectrónica basada en plásticos conductores flexibles.