Pero, ¿quién dice que un cobot tiene que ser de metal y no de materiales blandos? Hace más de una década, el profesor de Química de la Universidad de Harvard, George Whitesides, y su equipo de becarios posdoctorales se hicieron esa misma pregunta y reescribieron el concepto mismo de qué se supone que es un robot.
Gracias a la colaboración entre Harvard y DARPA, la rama de innovación del Departamento de Defensa de EEUU, el grupo investigador de Whitesides se centró en una nueva generación de «robots blandos» de inspiración biológica. El reto inicial consistía en crear un robot que pudiera pasar por debajo de un panel de vidrio a tan solo 20 milímetros de la superficie.
Mientras que la mayoría de los ingenieros robóticos intentaba resolver este problema con robots rígidos tradicionales, Whitesides se inspiró en los patrones de la naturaleza para crear una nueva clase de dispositivos hechos completamente de polímeros elastoméricos, que poseen alta elasticidad, similar al caucho. Fue esa mentalidad desafiante la que dio paso a un gran avance en el campo de la robótica, con extensiones al mundo de la industria.
Las primeras aplicaciones de esta tecnología se dieron en el campo de la cirugía y otras funciones biomédicas. Sin embargo, pronto quedó patente una importante necesidad y oportunidad insatisfecha en la automatización industrial: la mayoría de las soluciones robóticas se basa en conexiones rígidas, lo que dificultaba la manipulación de objetos blandos y variables, como productos frescos, o la interacción segura con humanos, cada vez más cercana.
Si la nueva tecnología robótica podía manipular y transportar órganos y tejidos blandos de forma segura y sin dañarlos, también podría manejar fácilmente productos delicados y variables que antes estaban fuera del alcance de la automatización, como piezas de fruta o pelotas de tenis. Esta premisa dio lugar a la fundación, en 2013, de Soft Robotics, una empresa derivada del grupo investigador liderado por Whitesides.
Fabricados con materiales muy elásticos
El diseño subyacente de la tecnología de Soft Robotics se inspiró en el tentáculo del pulpo, un cambio radical respecto a los enfoques robóticos tradicionales que incluían conexiones rígidas, sensores y servomotores.
Esta inspiración condujo a la invención de actuadores robóticos blandos, fabricados íntegramente con polímeros, que no requieren sensores ni otros dispositivos electromecánicos para su funcionamiento. El novedoso enfoque de Soft Robotics resolvió el problema mediante la ciencia de los materiales, sin mayores costes ni complejidad.
Soft Robotics, que se convirtió en Oxipital AI, vendió en agosto de 2024 sus activos de pinzas al grupo alemán Schmalz, especializado en la manipulación automatizada (industrial) de productos alimentarios, un proceso que requiere seguridad, higiene y fiabilidad.
En comparación con los sistemas de pinzas mecánicas, los agarres neumáticos que asemejan dedos son más adaptables y extremadamente sensibles al sujetar una amplia variedad de piezas delicadas. Son fáciles de controlar, más ligeros gracias a su diseño y reducen el riesgo de contaminación gracias a la ausencia de accionamientos adicionales y al circuito neumático cerrado.
En un campo en constante evolución como el de los robots blandos, el último grito son los SpiRobs, una nueva clase de ingenios inspirados en la espiral logarítmica que se encuentra en la naturaleza, por ejemplo, en el tentáculo de un pulpo, la trompa de un elefante o la cola de un camaleón. Fueron desarrollados por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China.
Estos robots, fabricados con diseños impresos en 3D y movidos por un simple cable, pueden imitar casi a la perfección movimientos naturales y adaptarse a diferentes tareas. Son extremadamente versátiles: pueden ir desde pequeñas pinzas para sujetar objetos hasta ser grandes manipuladores de un metro de largo que se montan en drones.
El diseño de los SpiRobs permite una fabricación rápida y económica, mientras que el uso de cables proporciona un mecanismo de control simple pero efectivo. La destreza de los SpiRobs y su capacidad para agarrar objetos que varían en tamaño en más de dos órdenes de magnitud y hasta 260 veces su peso propio. Finalmente, escalabilidad mediante tres variantes adicionales: una pinza miniaturizada, un manipulador de un metro de longitud montado en un dron y una matriz de SpiRobs que pueden enredar diversos objetos. Los SpiRobs, además, gozan de una formidable escalabilidad mediante numerosos prototipos (con tamaños que van desde centímetros hasta metros) y conjuntos multirrobot.
Y no son los únicos que investigan. También en España.
El Instituto Tecnológico del Plástico, más conocido como AIMPLAS, lanzó en 2021 proyecto bautizado Softronic, financiado por la Consejería de Economía Sostenible, Sectores Productivos, Comercio y Trabajo de la Generalitat Valenciana a través de subvenciones del Instituto Valenciano para la Competitividad (IVACE) con la financiación de los fondos FEDER de la Unión Europea.
Softronic ha sido un proyecto muy especial para AIMPLAS, según admitieron a industry TALKS Robert Dart y David Rodríguez, investigadores en ingeniería, porque les permitió explorar todo el potencial de la robótica blanda combinando algo que dominan bien: los materiales plásticos avanzados, con una tecnología que está creciendo muchísimo como es la impresión 4D multimaterial.
La idea del proyecto era clara: ¿y si pudiéramos fabricar dispositivos flexibles, como una garra robótica o un guante de rehabilitación, que no solo se muevan, sino que también tengan sensores integrados directamente dentro del material? Es decir, que el propio dispositivo sea inteligente sin necesidad de montar electrónica por separado. Y eso es justo lo que consiguieron: desarrollaron una garra neumática blanda, impresa en TPU, es decir, poliuretano termoplástico, que puede adaptarse automáticamente al objeto que agarra, detectando su dureza o forma, y ajustando la presión sin necesidad de cambiar la herramienta. También fabricaron un guante robótico para fisioterapia, que monitoriza la presión que hace cada dedo durante los ejercicios, permitiendo adaptar el tratamiento al paciente en tiempo real.
A nivel técnico, crearon una plataforma que permite imprimir, en una misma pieza, tanto la estructura flexible como las tintas conductoras que funcionan como sensores. Es decir, no solo diseñamos prototipos, sino que desarrollamos también el método de fabricación.
«Lo más bonito de Softronic es que desde el principio lo planteamos con un enfoque muy aplicado. No queríamos que fuera solo un proyecto de laboratorio. Por eso, desde fases tempranas fuimos hablando con empresas de sectores como la robótica, la ortopedia o la impresión 3D, para entender qué necesidades reales tenían. Empresas como Robotnik, Tequir, IT3D o el Centro Ortopédico de Valencia mostraron interés en los desarrollos y empezamos a pensar en cómo transferir todo este conocimiento», estimaron.
Softronic «fue el inicio de una línea de innovación en AIMPLAS, donde la fabricación aditiva, los materiales inteligentes y la robótica blanda se combinan para dar respuesta a retos reales, tanto en la industria como en la salud».
Aunque el proyecto fue desarrollado exclusivamente por AIMPLAS, sin participación directa de empresas durante su ejecución, lo cierto es que sus resultados despertaron un gran interés en el entorno industrial.
El laboratorio tecnológico valenciano diseñó el proyecto con un enfoque claramente orientado a la transferencia tecnológica, y por eso se desarrollaron dos demostradores muy aplicables: una garra neumática inteligente para manipulación flexible de objetos, y un guante robótico orientado a rehabilitación de lesiones musculoesqueléticas.
Tras finalizar el proyecto, el interés llegó desde distintos frentes. Por un lado, la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) se interesó en colaborar con ellos, especialmente en la parte de caracterización de los sensores blandos impresos en 3D. Esta colaboración fue tan fructífera que dio lugar a la publicación conjunta de dos artículos científicos, «donde se evalúan en detalle aspectos como la repetibilidad, la linealidad, la histéresis o la sensibilidad del sensor piezoresistivo desarrollado a partir de un TPU aditivado con partículas de carbono», informaron los dos ingenieros de AIMPLAS. La histéresis representa la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado.
Proyecto Hibrid4D
A través de estas publicaciones científicas, no solo pudieron validar técnicamente el diseño y los materiales empleados en Softronic, sino que también generaron evidencia científica que respalda su aplicación en entornos reales. Esto sirvió, indicaron Dart y Rodríguez, como puerta de entrada para comenzar a colaborar con empresas interesadas en tecnologías de robótica blanda, como Sinfiny o centros especializados en ortopedia y fabricación aditiva. «AIMPLAS está trabajando actualmente en trasladar estos desarrollos hacia productos y procesos que realmente puedan marcar la diferencia en sectores como el industrial, el agroalimentario o el sanitario», explicaron.
Los especialistas de este centro tecnológico de referencia situado en Paterna tienen la estrategia clara para seguir avanzando en robótica blanda, y uno de sus nuevos desarrollos, que no dudan en calificar de «prometedor», es el proyecto Hibrid4D, en el que colaboran como socio tecnológico junto a empresas como Sensing Tex, Edserlabs y otros agentes del sector.
En el marco de Hibrid4D se ha trabajado en el desarrollo de tecnología de fabricación aditiva 4D multimaterial, capaz de integrar electrónica y sensórica flexible directamente en el propio proceso de impresión, creando piezas poliméricas que se autorreconfiguran en respuesta a estímulos externos como la temperatura, la humedad o la corriente eléctrica, lo que abre enormes posibilidades en actuadores y sensores blandos.
Este enfoque de impresión multimaterial y multifuncional está alineado con nuestra línea técnica en SOFTRONIC, pero da un salto cualitativo al incluir materiales “inteligentes” 4D y estructuras autorreconfigurables, lo cual incrementa la adaptabilidad de los dispositivos blandos en entornos variables y aplicaciones exigentes. Además, AIMPLAS está aprovechando sus capacidades en polímeros elastoméricos, tintas conductoras y tecnologías híbridas de impresión (FDM, DIW), desarrolladas en SOFTRONIC, para avanzar en la producción de soft‑robots más funcionales.
Pros y contras de la robótica blanda
«Lo más atractivo de la robótica blanda es cómo responde al mundo real de forma más natural que los sistemas rígidos. Estos robots se adaptan, se moldean, se ajustan: puedes coger una fruta, una verdura o un tejido sensible sin dañarlos, y lo mismo aplica para trabajar con personas, incluso en entornos industriales o sanitarios, con mucha más seguridad y sin protecciones especiales», manifestaron Roberto Dart y David Rodríguez.
«Además, en AIMPLAS nos apasiona la fabricación mediante impresión 4D, precisamente porque nos permite integrar la estructura del robot, los sensores y los actuadores en una sola pieza. Esto acorta tiempos, elimina pasos de montaje y reduce cables o puntos de fallo, lo que es una enorme ventaja cuando vas a fabricar a medida o en lotes pequeños.
Pero también hay que reconocer que no todo es perfecto. Al ser materiales suaves y deformables, controlar estos robots con precisión no es trivial: requieren sistemas de control bastante avanzados porque no se comportan de forma lineal. Y aunque los investigadores han logrado sensores integrados funcionado en prototipo, todavía tienen retos importantes: por ejemplo, la histéresis, la variabilidad de sensibilidad o el rango de deformación útil. Estos factores pueden afectar la fiabilidad si no se optimizan bien.
«Y otro punto es la escalabilidad: los procesos de impresión híbrida y multimaterial que usamos en investigación todavía no están estandarizados para producción masiva. Lograr la misma calidad y reproducibilidad en series grandes es un desafío que estamos trabajando desde AIMPLAS para superar», opinaron los dos expertos contactados por este periódico industrial.
En resumen, la robótica blanda aporta mucha flexibilidad, cercanía y seguridad, pero requiere una maduración tecnológica en control, materiales y fabricación antes de alcanzar su máximo potencial a escala industrial. La seguridad viene asociada a la flexibilidad de estas máquinas que reduce el riesgo de lesiones en entornos de trabajo con humanos. La adaptabilidad también es un beneficio dado que pueden operar en espacios reducidos y manipular objetos de diferentes formas y tamaños. Otras dos ventajas son la personalización y el bajo coste. Por un lado, la versatilidad de los materiales permite diseñar robots específicos para tareas muy particulares. Por otro, en algunos casos, los robots blandos pueden ser más económicos de fabricar que los robots rígidos.
En el lado de los inconvenientes destacan que la fabricación de componentes blandos con precisión y fiabilidad sigue siendo un área de desarrollo. Además, debido a su naturaleza flexible, controlar el movimiento preciso de estos robots puede ser más difícil que con los rígidos. Finalmente la durabilidad es un handicap que debe ser tenido en cuenta pues los materiales blandos pueden ser menos duraderos que los rígidos, lo que puede limitar su vida útil.
Aplicaciones médicas
Uno de los sectores susceptibles de incorporar soluciones de la robótica blanda es el sector de la salud. La rehabilitación de pacientes con lesiones musculoesqueléticas y problemas de movilidad reducida se puede beneficiar del uso de sistemas robóticos para la realización de ejercicios de manera más eficiente y mejor seguimiento del proceso de recuperación por parte del fisioterapeuta.
Por otro lado, la tendencia al alza en teleasistencia en este sector exige el uso de dispositivos médicos sensorizados y conectados a la red para monitorización del paciente de manera remota por parte del personal sanitario, o bien de soluciones que faciliten el correcto uso del dispositivo por parte del paciente. En este sentido, el procesado de cobots blandos mediante tecnologías de fabricación aditiva permite personalizar órtesis y prótesis en función de las necesidades de cada paciente. Es por ello que se hace necesario la investigación en materiales elastómeros y plastómeros, materiales base que se emplean en esta rama de la robótica, así como en la integración de sensores y electrónica para la mejor interacción con el entorno, y en su procesado mediante fabricación aditiva híbrida, para el desarrollo de soluciones a medida con electrónica y sensores embebidos.
Robots inspirados en pulpos y otros animales
El Octobot, desarrollado por la Universidad de Harvard y presentado en 2016, es un robot autónomo completamente blando, sin componentes rígidos, que utiliza un sistema neumático para moverse como un pulpo real. Ese desarrollo pionero abrió la puerta a diseños como el mencionado Spirobs para la manipulación delicada de objetos.
También existen en el mercado robots médicos y quirúrgicos, sistemas endoscópicos robóticos blandos que se mueven de forma similar a una serpiente o un gusano para explorar el cuerpo con mínima invasión. De la misma forma se emplean robots para cirugía mínimamente invasiva, como herramientas blandas que evitan dañar tejidos delicados. O exoesqueletos blandos, como el ReWalk, diseñado para permitir que personas con lesiones de la médula espinal puedan ponerse de pie, caminar, subir escaleras y moverse de manera independiente. O guantes robóticos blandos para rehabilitación de pacientes con daño neurológico.
Se pueden encontrar robots inspirados en gusanos o orugas que se arrastran o contraen para moverse en espacios estrechos, útiles en búsqueda y rescate, o que cuenta con sensores táctiles para interactuar de forma segura con humanos en endoscopias u otras acciones. Ahí está por ejemplo, el Stiff-Flop que se «ablanda» o «endurece» según las necesidades.
El ambiente marino tampoco representa un obstáculo para el desarrollo de estas máquinas. Por eso se han diseñado peces robóticos como SoFi, diseñado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), que imita el movimiento de los peces reales para estudiar ecosistemas marinos sin perturbarlos.
Otros ingenieros se han inspirado en mantarrayas, como el que prototipo que presentó Monodon, la unidad de innovación de Navantia, en la feria internacional de defensa y seguridad (Feindef) celebrada en Madrid en mayo. O en medusas, el animal «elegido» por los investigadores del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (MPI-IS) de Stuttgart, que diseñaron un robot con seis brazos electrohidráulicos que imitan los tentáculos de ese animal.
