Nuevo actuador minimiza el uso de energía de un motor eléctrico

   MADRID, 21 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Investigadores de Stanford han diseñado un actuador asistido por resorte, un dispositivo que puede realizar tareas dinámicas utilizando una fracción de la energía que es necesaria habitualmente.

   Se trata por tanto de una forma de aumentar los motores eléctricos para hacerlos mucho más eficientes a la hora de realizar movimientos dinámicos a través de un nuevo tipo de actuador.

   Tal y como se publica en 'Science Robotics', este dispositivo utiliza resortes y embragues para realizar una variedad de tareas con una fracción del uso de energía de un motor eléctrico típico. "En lugar de desperdiciar mucha electricidad quedándonos sentados tarareando y generando calor, nuestro actuador utiliza estos embragues para lograr los niveles muy altos de eficiencia que vemos en los motores eléctricos en procesos continuos, sin renunciar a la controlabilidad y otras características que hacen Los motores eléctricos son atractivos", afirma en un comunicado Steve Collins, profesor asociado de ingeniería mecánica y autor principal del artículo.

   De esta forma, el actuador funciona aprovechando la capacidad de los resortes para producir fuerza sin usar energía: los resortes se resisten a estirarse e intentan rebotar hasta su longitud natural cuando se sueltan. Cuando el actuador está, por ejemplo, bajando algo pesado, los investigadores pueden activar los resortes para que se estiren, quitando parte de la carga del motor. Luego, al bloquear los resortes en la posición estirada, esa energía se puede almacenar para ayudar al motor en otra tarea posterior.

   La clave para activar y desactivar los resortes de forma rápida y eficiente es una serie de embragues electroadhesivos. Cada resorte de goma está intercalado entre dos embragues: uno que conecta el resorte a la articulación para ayudar al motor y otro que bloquea el resorte en una posición estirada cuando no se usa.

   Estos embragues constan de dos electrodos, uno unido al resorte y otro al marco o motor, que se deslizan suavemente uno sobre el otro cuando no están activos. Para acoplar un embrague, los investigadores aplican un alto voltaje a uno de sus electrodos. Los electrodos se juntan con un clic audible, como una versión más rápida y fuerte de la electricidad estática que hace que un globo se adhiera a la pared después de frotarlo contra una alfombra. Liberar el resorte es tan simple como conectar a tierra el electrodo y reducir su voltaje a cero.

   "Son livianos, pequeños, realmente eficientes energéticamente y se pueden encender y apagar rápidamente", puntualiza Erez Krimsky, autor principal del artículo, quien recientemente completó su doctorado en el laboratorio de Collins. "Y si tiene muchos resortes con embrague, se abren todas estas interesantes posibilidades sobre cómo configurarlos y controlarlos para lograr resultados interesantes".

   El actuador construido por Collins y Krimsky tiene un motor aumentado con seis resortes embrague idénticos, que pueden acoplarse en cualquier combinación. Los investigadores sometieron el diseño a una serie de pruebas de movimiento desafiantes que incluían aceleración rápida, cargas cambiantes y movimientos suaves y constantes. En cada tarea, el motor aumentado utilizó al menos un 50 por ciento menos de energía que un motor eléctrico estándar y, en el mejor de los casos, redujo el consumo de energía en un 97 por ciento.

   Con motores significativamente más eficientes, los robots podrían viajar más lejos y lograr más. Un robot que puede funcionar durante un día completo, en lugar de sólo una o dos horas antes de necesitar recargarse, tiene el potencial de realizar tareas mucho más significativas. Y hay muchas situaciones inseguras (que involucran materiales tóxicos, entornos peligrosos u otros peligros) en las que preferiríamos enviar un robot que arriesgar a una persona.

   Actualmente, el controlador del actuador tarda unos minutos en calcular la forma más eficiente de utilizar la combinación de resortes para realizar una tarea completamente nueva, pero los investigadores tienen planes de acortar ese período considerablemente. Imaginan un sistema que pueda aprender de tareas anteriores, creando una base de datos cada vez mayor de movimientos cada vez más eficientes y utilizando inteligencia artificial para intuir cómo lograr algo nuevo de manera efectiva.