Archivo por meses: marzo 2019

Crean robots de partículas basados en el concepto de la «Plaga Gris»

Crean un nuevo tipo de robot compuesto de muchas partículas simples sin ningún control centralizado o punto único de fallo


Los robots partícula están compuestos de componentes débilmente acoplados, o partículas, que carecen de una identidad individual o posición direccionable. Sólo son capaces de un simple movimiento: expansión y contracción. Sin embargo, cuando un grupo de partículas es coordinado para moverse como un colectivo, se observa un interesante comportamiento. Incluso en configuraciones amorfas, los robots de partículas explotan los fenómenos mecánicos estadísticos para producir la locomoción.
Crédito: Shuguang Li/Ingeniería De Columbia

Los robots actuales son, generalmente, entidades auto-contenidas hechas en base a la interdependencia de sus subcomponentes, cada uno con una función específica. Si una parte falla, el robot deja de funcionar. En la robótica de enjambres, cada robot es una máquina que funciona de manera independiente.

En un nuevo estudio publicado la semana pasada en Nature, los investigadores en Ingeniería de Columbia y el MIT de Ciencias de la computación y el Laboratorio de Inteligencia Artificial (CSAIL) demuestran por primera vez la manera de hacer un robot compuesto de muchos componentes débilmente acoplados, o «partículas». A diferencia de los enjambres o los robots modulares, cada componente es simple, y no tiene una identificación o identidad individual. En su sistema, lo que los investigadores llaman «el robot de partículas», cada partícula sólo puede realizar oscilaciones volumétricas uniformes (leves expansiones y contracciones), pero no se puede mover en forma independiente.

 

El equipo, liderado por Hod Lipson, profesor de ingeniería mecánica en Ingeniería de Columbia, y la directora del CSAIL, Daniela Rus, descubrió que al agrupar miles de estas partículas juntas en un conjunto “viscoso” y hacerlo oscilar en reacción a una fuente de luz, cada robot partícula lentamente comenzó a moverse hacia adelante, hacia la luz.

«Usted puede pensar en nuestro nuevo robot como la proverbial «Gray Goo«, dice Lipson. «Nuestro robot no tiene ningún punto único de fallo y no hay un control centralizado. Todavía es bastante primitivo, pero ahora sabemos que este paradigma fundamental de la robótica es realmente posible. Pensamos que incluso puede explicar cómo se pueden mover juntas las células en grupos, aunque las células individuales no pueden hacerlo.»

Los investigadores han estado construyendo robots autónomos durante más de un siglo, pero estos han sido máquinas no biológicas que no pueden crecer, sanar, o recuperarse de los daños. El equipo de Ingeniería de Columbia/MIT se ha centrado en el desarrollo de robots duraderos y escalables que pueden funcionar incluso cuando fallan componentes individuales.

El concepto de «gray goo» (plaga gris), un robot compuesto de miles de millones de nanopartículas, ha fascinado a los fans de la ciencia ficción durante décadas. Pero la mayoría de los investigadores la han descartado como una teoría descabellada.

«Hemos estado tratando de repensar de manera fundamental nuestro enfoque de la robótica, para descubrir si hay una manera de crear robots de manera diferente», dice Lipson, quien dirige el Laboratorio de Máquinas Creativas. «No sólo hacer que un robot tenga aspecto de criatura biológica sino, en realidad, construirlo como un sistema biológico, creando algo de gran complejidad y habilidades, y sin embargo compuesto de simples partes fundamentales.»

Rus, que es también Profesor de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la computación en el MIT, añade, «Todas las criaturas en la naturaleza son [constituidos por] células que se combinan de diferentes maneras para formar los organismos. En el desarrollo de los robots de partículas, la pregunta que nos hacemos es, ¿podemos tener células robóticas que se pueden componer de diferentes maneras para formar diferentes robots? El robot podría tener la mejor forma requerida por la tarea que debe realizar: una serpiente para arrastrarse a través de un túnel, o una máquina con tres manipuladores para la planta de una fábrica. Incluso podríamos dar a estos robots de partículas la capacidad de darse forma ellos mismos”. Supongamos, por ejemplo, que un robot necesita un destornillador de su mesa de trabajo, y su controlador de tornillos está demasiado lejos para alcanzarlo. ¿Qué pasa si el robot pudiese intercambiar sus células para desarrollar un brazo? Cuando cambian sus metas, su cuerpo puede cambiar también.

El equipo, trabajando con Chuck Hoberman en Harvard Wyss Institute y otros investigadores de la Cornell, utiliza muchos componentes idénticos, o partículas, que pueden realizar un simple movimiento como expandirse y contraerse. En las simulaciones, hicieron demostraciones con robots compuestos de 100.000 partículas. Experimentalmente, han demostrado un sistema compuesto de dos docenas de partículas.




«Las partículas más cerca de la fuente de luz experimentan una luz más brillante y por lo tanto inician primero su ciclo «, explica Shuguang Li, primer co-autor del artículo que llevó a cabo los experimentos físicos. Li, que fue becario postdoctoral en Lipson, su laboratorio original de Cornell, y está en la actualidad en una estancia posdoctoral con Rus en CSAIL, continúa. «Ese movimiento crea una especie de ola en todo el conjunto, desde los que están más cerca de la luz a los más alejados, y la ola hace que todo el conjunto avance hacia la luz. El movimiento hacia la luz produce un movimiento global, aunque las partículas individuales no se pueden mover de forma independiente».

Modelando este comportamiento en las simulaciones, se ha probado hacer que eviten obstáculos y transportar objetos a mayores escalas, con cientos y miles de partículas. También fueron capaces de demostrar la capacidad de adaptación del paradigma de robot de partículas tanto ante componentes ruidosos como con fallas individuales.

«Hemos encontrado que nuestro robot de partículas mantiene aproximadamente la mitad de su velocidad a funcionamiento pleno, aún cuando el 20 por ciento de las partículas están muertas», dice Richa Batra, primer co-autor del artículo y estudiante de Doctorado de Lipson que dirigió el estudio de simulación.

El equipo ya está probando su sistema con una mayor cantidad de partículas por centímetro. Asimismo, se están explorando otras formas los robots de partícula, tales como microesferas vibrando.

«Creemos que algún día será posible hacer estos tipos de robots de millones de partículas diminutas, como microesferas que responden al sonido o la luz o el gradiente químico», dice Lipson. «Los robots podrían ser utilizados para hacer cosas como limpiar áreas o explorar terrenos o estructuras desconocidas.»

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Fuente:
Materiales proporcionados por la Universidad de Columbia, Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas. Original escrito por Holly Evarts.
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Referencia de la publicación:

Columbia University School of Engineering and Applied Science. «Robotic ‘gray goo’: Researchers create new kind of robot composed of many simple particles with no centralized control or single point of failure.» ScienceDaily. ScienceDaily, www.sciencedaily.com/releases/2019/03/190320141024.htm

Shuguang Li, Richa Batra, David Brown, Hyun-Dong Chang, Nikhil Ranganathan, Chuck Hoberman, Daniela Rus & Hod Lipson. Particle robotics based on statistical mechanics of loosely coupled components. Nature, 2019 DOI: 10.1038/s41586-019-1022-9
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Crean piel electrónica resistente al agua, sensible y con capacidad de auto-reparación

Un equipo de científicos de la Universidad Nacional de Singapur (NUS) se inspiró en los invertebrados submarinos como las medusas para crear una piel electrónica con una funcionalidad similar.

Al igual que una medusa, la piel electrónica es transparente, estirable, sensible al tacto y se auto-repara en entornos acuáticos. Pero además es conductora de la electricidad, y podría usarse en todo, desde pantallas táctiles resistentes al agua hasta robots acuáticos blandos.

El profesor asistente Benjamin Tee y su equipo del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Singapur desarrollaron el material, junto con colaboradores de la Universidad de Tsinghua y la Universidad de California en Riverside.

El equipo de ocho investigadores dedicó poco más de un año a desarrollar el material, y su invención se publicó por primera vez este año en la revista Nature Electronics.

Materiales auto-reparables, transparentes e impermeables para un amplio rango de usos

El profesor asistente Tee ha estado trabajando en pieles electrónicas durante muchos años, y fue parte del equipo que desarrolló los primeros sensores electrónicos de piel con auto-reparación en 2012.

Su experiencia en esta área de investigación lo llevó a identificar los obstáculos clave que aún no han superado las pieles electrónicas auto-reparables. «Uno de los desafíos con la mayoría de los materiales auto-reparables actuales es que no son transparentes y no funcionan de manera eficiente cuando están mojados», dijo. «Estos inconvenientes los hacen menos útiles para aplicaciones electrónicas, como las pantallas táctiles, que a menudo deben usarse en condiciones de clima con humedad extrema».

Continuó: «Con esta idea en mente, comenzamos a observar a las medusas; son transparentes y capaces de percibir en el ambiente acuático. Entonces, nos preguntamos cómo podríamos hacer un material artificial que pudiera imitar la naturaleza resistente al agua de las medusas y, sin embargo, fuese sensible al tacto».

Tuvieron éxito en este esfuerzo al crear un gel que consiste en un polímero a base de fluorocarbono con un líquido ionizado rico en flúor. Cuando se los combina, la red de polímeros interactúa con el líquido iónico a través de interacciones ión-dipolo altamente reversibles, lo que le permite auto-repararse.

Al elaborar las ventajas de esta configuración, el profesor Tee explicó: «La mayoría de los geles de polímeros conductores, como los hidrogeles, se hinchan al sumergirlos en agua o se secan con el tiempo en el aire, lo que hace que nuestro material sea diferente es que puede conservar su forma tanto en entornos húmedos como secos. Funciona bien en agua de mar e incluso en ambientes ácidos o alcalinos».


La próxima generación de robots blandos

La piel electrónica se crea imprimiendo el material nuevo dentro de circuitos electrónicos. Como es un material blando y estirable, sus propiedades eléctricas cambian cuando se toca, presiona o se tensa.

«Luego podemos medir este cambio y convertirlo en señales eléctricas legibles para crear una amplia gama de diferentes aplicaciones de sensores», agregó el profesor Tee.

«La capacidad de imprimir nuestro material en 3D también muestra potencial en la creación de tableros de circuitos totalmente transparentes que podrían usarse en aplicaciones robóticas. Esperamos que este material pueda usarse para desarrollar varias aplicaciones en tipos emergentes de robots blandos», agregó el profesor Tee, quien también pertenece al Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de NUS, y el Instituto Biomédico para la Investigación y Tecnología de Salud Global (BIGHEART) en NUS.





Los robots blandos, y la electrónica blanda en general, buscan imitar los tejidos biológicos para hacerlos más compatibles mecánicamente con las interacciones hombre-máquina. Además de las aplicaciones de robots blandos convencionales, la tecnología impermeable de este nuevo material permite el diseño de robots anfibios y dispositivos electrónicos resistentes al agua.

Una ventaja adicional de esta piel electrónica autorreparable es el potencial que tiene para reducir la basura tecnológica. Tee explicó: «Cada año, se generan globalmente millones de toneladas de desechos electrónicos provenientes de teléfonos móviles, tabletas, etc. Esperamos crear un futuro en el que los dispositivos electrónicos hechos de materiales inteligentes puedan realizar acciones de reparación automática para reducir la cantidad de desechos electrónicos en el mundo».

Próximos pasos

El profesor Tee y su equipo continuarán su investigación y esperan explorar más posibilidades de este material en el futuro. Dijo: «Actualmente, estamos haciendo uso de las propiedades integrales del material para hacer nuevos dispositivos optoelectrónicos, que podrían utilizarse en muchas nuevas interfaces de comunicación hombre-máquina».

Fuente de la historia: ScienceDaily. Materiales proporcionados por la Universidad Nacional de Singapur. Referencia de la publicación: Yue Cao, Yu Jun Tan, Si Li, Wang Wei Lee, Hongchen Guo, Yongqing Cai, Chao Wang, Benjamin C.-K. Tee. Pieles electrónicas autocurables para ambientes acuáticos. Nature Electronics, 2019; 2 (2): 75 DOI: 10.1038 / s41928-019-0206-5

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Unidad de Medición Inercial Multipropósito – IMU Razor M0 de 9DoF (parte 1)

La IMU Razor M0 de 9DoF (Unidad de Medición Inercial Multipropósito: Multi-purpose Inertial Measurement Unit = IMU) combina un microprocesador SAMD21 con un sensor MPU-9250 de 9DoF (nueve grados de libertad), creando una unidad compacta y reprogramable. Se puede programar para monitorear y registrar movimiento, transmitir ángulos de Euler por un puerto serie, o incluso para funcionar como un podómetro que cuente los pasos.

Una unidad de medición inercial o IMU (del inglés inertial measurement unit), es un dispositivo electrónico que mide e informa acerca de la velocidad, orientación y fuerzas gravitacionales de un aparato, usando una combinación de acelerómetros y giróscopos. En este caso se agrega un nivel más: un magnetómetro, que permite conocer la ubicación respecto al campo magnético terrestre. Las unidades de medición inercial se usan para maniobrar aviones, incluyendo vehículos aéreos no tripulados, entre muchos otros usos, y además naves espaciales, incluyendo transbordadores, satélites y aterrizadores. La IMU es el componente principal de los sistemas de navegación inercial usados en buques y misiles guiados entre otros. En este uso, los datos recolectados por los sensores de una IMU permiten a un computador seguir la posición del aparato, usando un método conocido como navegación por estima.

El chip MPU-9250 de 9DoF de la Razor posee tres sensores cada uno de tres ejes –un acelerómetro, un giroscopio y un magnetómetro– que le dan la capacidad de detectar aceleración lineal, velocidad de rotación angular, y vectores de campo magnético.

El microprocesador que contiene –el SAMD21G18A de Atmel–, es un microcontrolador ARM de 32-bit Cortex-M0+ compatible con Arduino, que se utiliza también en los Arduino Zero y el SAMD21 de la nueva línea MKR de mini plaquetas de Arduino.

Además del par principal de circuitos integrados, la IMU Razor de 9DoF posee un zócalo para trajeta µSD, un cargador para baterías LiPo, llave de encendido y un conector de E/S para proyectos de expansión. Viene pre-programada con un firmware de ejemplo y un bootloader compatible con el IDE de Arduino, de modo que se puede modificar el firmware según las necesidades y grabarle nuevo código a través de una conexión USB.

Este artículo provee una fuente de información para comenzar, y una guía de inicio para trabajar con la IMU de SparkFun de 9DoF Razor M0. Documentaré primero las características de hardware y firmware de la plaqueta, y a continuación, mostraré cómo usar el IDE de Arduino con la biblioteca MPU-9250 de Sparkfun para Arduino para reprogramar la IMU Razor a las necesidades de nuestros proyectos.

Materiales necesarios

La IMU Razor M0 de 9DoF está provista de todo lo que se necesita para aprovechar el sensor MPU-9250 de 9DoF. Solo harán falta unos pocos elementos –la mayoría son de esos que uno ya tiene entre sus componentes– además de la plaqueta.




Se puede utilizar un cable micro-B USB para alimentar y también para reprogramar la Razor. Si usted desea tener una placa independiente para que sea móvil, va a necesitar una batería de polímero de Litio de celda única (Lithium-polymer, o LiPo), que se puede recargar conectando la Razor 9DoF en un cargador USB o en un puerto de su PC. Además, si usted necesita registrar los datos, se debe colocar una tarjetita µSD en el zócalo de la IMU Razor. Acepta µSD de cualquier tipo.

Finalmente, puede ser necesario soldar algunos conectores si se desea aprovechar las capacidades de Entrada/Salida y de alimentación de la IMU.

Lecturas sugeridas

El fabricante ha tratado de hacer que la placa sea fácil de usar independientemente del nivel de experiencia en electrónica del usuario. Sin embargo, si desea realizar una lectura previa antes de utilizar y desarrollar programas para el el 9DoF Razor IMU M0, aquí hay algunos tutoriales que ellos recomiendan (inglés):

Giroscopio
Los giroscopios miden la velocidad de rotación alrededor de un eje y son una parte esencial para determinar la orientación en el espacio.

Acelerómetro (Bases)
Una introducción rápida a los acelerómetros, cómo funcionan y por qué se utilizan.

SAMD21
Una introducción al microprocesador Atmel ATSAMD21G18 y las placas de distribución Mini y Pro R3. Mejore sus habilidades Arduino con el potente procesador ARM Cortex M0 +.

MPU-9250
Iníciese y ponga en marcha el sensor MEMS de 9 ejes MPU-9250.

El hardware

Esta placa IMU tiene montados una cantidad de componentes sobre ambas caras del circuito impreso. La imagen muestra el lado que se define como cara superior.

El reverso de la plaqueta posee diversos conectores, además del zócalo de la microSD, la llave de encendido y LEDs para indicar diversas funciones.

Esta IMU es un diseño de hardware abierto. Se puede descargar el diagrama esquemático (en PDF), los archivos Eagle (con el diseño del circuito impreso), y ver la historia del diseño en el reservorio GitHub de Sparkfun.

Alimentando la IMU Razor M0

Esta plaqueta está diseñada para trabajar tanto alimentada desde el cable USB, o con una batería LiPo en el conector adecuado. Sólo hay que asegurarse de que la batería sea de celda simple, con un voltaje nominal de 3,7V a 4,2V.

Conecte tanto el USB como una LiPo para cargar la batería


Si se conectan ambos, el USB y la batería LiPo en la plaqueta, ésta se cargará con una corriente de hasta 450 mA. El estado de la carga lo indica el led amarillo de carga, que se apaga cuando la batería queda cargada a pleno.

Corriente de carga 450mA: La corriente máxima de carga está fijada por un resistor externo y no es modificable, al menos no con facilidad. La práctica nos dice que no es seguro cargar una batería LiPo con una corriente mayor a sus mA/h, lo que significa que no se recomienta utilizar baterías LiPo con capacidades menores a 450mAh para esta plaqueta.

Sea alimentada desde la fuente de USB, o con la batería LiPo, el voltaje es regulado a 3,3 V y se utiliza para alimentar tanto el SAMD21 como el MPU-9250. El regulador tiene una capacidad de aproximadamente 600 mA, lo que significa que debería tener suficiente resto para entregar corriente. Si lo desea puede alimentar otros dispositivos desde los pines marcados con 3V3.

Los pines VIN, VBAT y GND se pueden usar para alimentar el regulador de 3,3V de la IMU Razor en lugar de utilizar las entradas USB o el conector para la LiPo (JST). El voltaje en el pin VIN no debe exceder los 6V, y el pin VBAT solo debe conectarse a una batería LiPo de una celda.

Finalmente, el interruptor de ENCENDIDO/APAGADO en la parte inferior de la placa controla la alimentación entre ambas fuentes de entrada y el resto de los componentes de la placa. Mientras está en la posición «OFF» (Apagado), la batería LiPo seguirá en carga, pero no se debe aportar energía a ningún otro componente.

Perforaciones de pines para el SAMD21 y la alimentación

La placa tiene perforaciones preparadas para soldar conectores con tantos pines de Entrada/Salida del microcontrolador SAMD21 como se pudieron acomodar en el pequeño tamaño de la IMU Razor. Eso incluye los pines 08-13, las entradas del convertidor analógico a digital A0-A4, RX, TX, y los pines I2C, SDA y SCL.

Los pines SDA y SCL están en el mismo bus I2C que el MPU-9250, pero eso no debería ser un problema siempre que los dispositivos I2C adicionales no compartan las direcciones de 7 bits de la IMU (0x68 y 0x0C).

Usted puede soldar conectores hembra como los que tienen los Arduinos UNO y Mega, o hileras de pines macho, o directamente cablear a esos puntos de soldadura para expandir las funciones de la plaqueta. Por ejemplo, usted puede conectar un sensor BME280 directamente en el puerto I2C, y agregar detección de altitud y temperatura a su IMU.

Algunos módulos de la misma marca basados en I2C utilizan la misma
distribución de 4 pines, así que se pueden conectar directamente


El puerto de depuración single-wire = SWD (de un solo cable) del SAMD21 también está perforado en la parte superior de la placa, en caso de que se quiera programar el chip con un depurador JTAG. El pinout de este puerto coincide con el estándar del conector de depuración Cortex de 10 pines. Una «muesca» blanca indica el pin 1 de este puerto.

MPU-9250 Orientación de Acelerómetro / Giroscopio / Magnetómetro

La orientación del acelerómetro, el giroscopio y los ejes X, Y y Z del magnetómetro es determinada por la posición del MPU-9250. Para facilitar la referencia, estos vectores se han documentado con una impresión en la parte superior de la placa.

Tenga en cuenta que los ejes X e Y del magnetómetro están invertidos respecto a los del acelerómetro y el giroscopio, y que el eje Z también está invertido.

Trabajando con el firmware de ejemplo

Además de un gestor de arranque de Arduino (bootloader), el IMU también tiene cargado un ejemplo de firmware que es suficiente para demostrar, al menos, que funciona el seguimiento de movimiento del sensor, e incluso hacer un pequeño registro en una tarjeta µSD. Para comenzar a usar el firmware de ejemplo, simplemente conecte la IMU a una computadora.

Después de conectar la placa, debe aparecer como un puerto serie. En Windows, aparece como COMx y en Mac, debería verse como /dev/tty.usbserial-ABCD12.

Instalación del controlador

Usuarios de Windows 10: la primera vez que conecte el IMU Razor a su computadora, es posible que deba instalar controladores para habilitar el perfil USB de la clase de dispositivo de comunicación (CDC) de la placa.
Si su placa no aparece como un puerto COM, haga clic en el botón de abajo para descargar los controladores.

DESCARGAR DRIVERS DE WINDOWS PARA SAMD21

Para obtener ayuda para instalar los controladores, consulte las instrucciones del fabricante en la guía de conexión de Breakout SAMD21.

Después de ubicar el puerto de la placa, abra el Terminal Serie y establezca la velocidad en baudios a 115200 bps. El Monitor Serie del Arduino funciona bien para este propósito, o puede descargar alguno diferente desde aquí: programas de terminal.

Al abrir el puerto, el IMU Razor 9DoF debe comenzar inmediatamente a enviar las lecturas del acelerómetro, el giroscopio y el magnetómetro.

El formato estándar de la línea de texto es:

<timeMS>, <accelX>, <accelY>, <accelZ>, <gyroX>, <gyroY>, <gyroZ>, <magX>, <magY>, <magZ>

Esta línea se puede modificar enviando cualquiera de los siguientes comandos:

  • ESPACIADOR – Pausa/reinicio de impresión de puerto serie
  • t – Habilitar/deshabilitar las lecturas de tiempo
  • a – Habilitar/deshabilitar las lecturas del acelerómetro
  • g – Habilitar/deshabilitar las lecturas del giróscopo
  • m – Habilitar/deshabilitar las lecturas del magnetómetro
  • c – Alternar entre valores calculados o sin procesar de las lecturas
  • q – Habilitar/deshabilitar lecturas cuaternianas (qw, qx, qy y qz se muestran luego de las lecturas magnéticas)
  • e – Habilitar/deshabilitar cálculos Euler de ángulo (pitch, roll, yaw) (se muestran luego del procesamiento cuaterniano)
  • h – Habilitar/deshabililar las lecturas de encabezado
  • r – Ajustar el ritmo de registro en incrementos de 10Hz entre 1-100Hz (1, 10, 20, … 100)
  • A – Ajustar el rango de escala máxima del acelerómetro. Cicla entre ± 2, 4, 8, and 16 g.
  • G – Ajustar el rango de escala máxima del giroscopio. Cicla entre ± 250, 500, 1000, 2000 dps.
  • s – Habilitar/deshabililar el registro en tarjeta SD

Todas las configuraciones se almacenan en una memoria no volátil, por lo que al iniciar su IMU Razor 9DoF deberá tener la misma información con que la configuró anteriormente.

Además de iniciar sesión en su puerto serie, el firmware también está diseñado para registrar los datos en una tarjeta µSD, si hay una presente. Coloque una y debería tener los archivos de registro de IMU la próxima vez que conecte la tarjeta SD a su lector.

El firmware del 9DoF Razor IMU está disponible en el repositorio GitHub del producto. Para cargar el firmware, necesitará las definiciones de la placa SparkFun SAMD21 y la biblioteca SparkFun MPU-9250 DMP Arduino instalada en su máquina. Que es exactamente lo que vamos a documentar a continuación…

El IMU Razor 9DoF M0 está diseñado en base al SAMD21, el mismo procesador del Arduino Zero, lo que significa que agregar el soporte de Arduino para la placa está a solo unos clics. Esta sección describe los pasos que deberá seguir para instalar los núcleos SAMD en su biblioteca Arduino (eso suena más atemorizante de lo que realmente es).

¡Actualizar Arduino! Esta configuración requiere al menos la versión 1.6.4 o posterior e Arduino. Lo he probado en 1.8.8 y recomendaría esa versión del IDE o superior. Si está ejecutando una versión anterior de Arduino, visite arduino.cc para obtener la última y mejor versión.

Instale las placas de Arduino SAMD

Primero, deberá instalar una variedad de herramientas, que incluyen bibliotecas ARM Cortex de bajo nivel llenas de código genérico, arm-gcc para compilar su código y bossa para cargar código a través del bootloader. Estas herramientas vienen empaquetadas junto con las definiciones de la placa SAMD de Arduino para el Arduino Zero.

Para instalar las definiciones de la placa Arduino SAMD, vaya a su administrador de la placa ( Herramientas > Placa > Gestor de tarjetas … ), luego busque una entrada “Arduino SAMD Boards (32-bits ARM Cortex-M0+)”. Selecciónela e instale la última versión (actualizada recientemente a 1.6.20).

La descarga e instalación de las herramientas puede demorar un par de minutos; en particular, arm-gcc llevará más tiempo, se trata de 250 MB sin comprimir.

Una vez instalado, el texto azul «INSTALLED» debe aparecer dentro de la entrada de la lista de placas SAMD.

Instalar la definición de la placa SparkFun

Ahora que sus herramientas ARM están instaladas, se requiere un último paso de configuración para agregar soporte para las placas SparkFun SAMD. Primero, abra sus preferencias de Arduino ( Archivo > Preferencias ). A continuación, busque el cuadro de texto Gestor de URLs adicionales de Tarjetas y pegue allí el siguiente enlace:

https://raw.githubusercontent.com/sparkfun/Arduino_Boards/master/IDE_Board_Manager/package_spark fun_index.json

Luego presione «OK«, y regrese al menú del Gestor de tarjetas. Debería encontrar una nueva entrada para las placas SAMD de SparkFun.

Esta instalación debería ser mucho más rápida; el trabajo pesado fue realizado en la sección anterior.

Seleccione la placa y el puerto serie

Una vez que se haya instalado la placa, debería ver algunas entradas nuevas en la lista Herramientas > Placa, incluida la Razor IMU M0 de SparkFun 9Do, en el menú «Placas SparkFun SAMD (ARM Cortex-M0 +) de 32 bits». Y finalmente, seleccione el puerto del IMI 9DoF Razor yendo al menú Herramientas > Puerto.

La plaqueta ya funcionará con el programa de ejemplo. En un próximo artículo cargaremos este programa de ejemplo, para comprobar el funcionamiento del bootloader, y podremos comenzar a realizar pruebas, cambiando el programa a gusto y escribir nuevos programas a medida de nuestro propio proyecto de detección de movimientos.

[ Continúa en la parte 2 ]



Un pequeño robot blando con muchas patas administraría fármacos al cuerpo humano

A partir de una investigación dirigida por la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) se desarrolló un novedoso robot blando con patas similares a una oruga, capaz de transportar cargas pesadas, y adaptable a entornos adversos. Este mini robot podría allanar el camino para el avance de la tecnología médica, como la administración de medicamentos en el interior del cuerpo humano.

EN UNA INVESTIGACIÓN DIRIGIDA POR LA UNIVERSIDAD DE LA CIUDAD DE HONG KONG SE DESARROLLÓ UN NUEVO ROBOT CON PATAS DE ORUGA CAPAZ DE LLEVAR CARGAS PESADAS EN RELACIÓN A SU TAMAÑO Y ADAPTARSE AL AMBIENTE ADVERSO

En todo el mundo se han realizado investigaciones sobre el desarrollo de robots blandos. Pero el nuevo diseño de CityU con patas múltiples ayuda a reducir significativamente la fricción, de modo que el robot puede moverse de manera eficiente sobre superficies dentro del cuerpo revestidas o completamente sumergidas en fluidos corporales, como sangre o mucosidad.

Los hallazgos de la investigación se publicaron en el último número de la revista científica Nature Communications, titulada “A Bio-inspired Multilegged Soft Millirobot that Functions in Both Dry and Wet Conditions” (Un millirobot blando de múltiples patas de inspiración biológica que funciona en condiciones tanto secas como húmedas).

Diseño de robot de inspiración biológica

Lo que hace que este milli-robot se destaque es que tiene cientos de patas puntiagudas de menos de 1 mm de largo que se ven como un cabello pequeño y corto. Este diseño único no fue una elección al azar. El equipo de investigación ha estudiado las estructuras de las patas de cientos de animales terrestres, incluidos aquellos con 2, 4, 8 o más patas, en particular la relación entre la longitud de las patas y la brecha entre las patas. Y a partir de ahí, tuvieron su inspiración.


«La mayoría de los animales tienen una proporción de pata a brecha de 2:1 a 1:1. Así que decidimos crear nuestro robot con una proporción de 1:1», explica el Dr. Shen Yajing, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Ciudad (BME), quien dirigió la investigación.

El grosor del cuerpo del robot es de aproximadamente 0,15 mm, y cada pata cónica mide 0,65 mm de largo. El espacio entre las patas es de aproximadamente 0,6 mm, lo que hace que la relación entre la longitud de la pata y la separación entre ellas sea de aproximadamente 1:1. Además, las patas puntiagudas del robot han reducido considerablemente su área de contacto y, por lo tanto, la fricción con la superficie. Las pruebas de laboratorio mostraron que el robot de patas múltiples tiene 40 veces menos fricción que un robot sin extremidades, tanto en ambientes húmedos como secos.

Aparte del diseño de patas múltiples, los materiales también son importantes. El robot está fabricado con un material de silicona llamado polidimetilsiloxano (PDMS) incrustado con partículas magnéticas que le permite controlarlo de forma remota mediante la aplicación de una fuerza electromagnética. «Tanto los materiales como el diseño de patas múltiples mejoran en gran medida las propiedades hidrofóbicas del robot. Además, la pieza de silicona es blanda y se puede cortar fácilmente para crear robots de varias formas y tamaños para diferentes aplicaciones», dice el profesor Wang Zuankai del Departamento de Ingeniería mecánica (MNE), que concibió esta idea de investigación e inició la colaboración entre los investigadores.

Moverse cómodo en ambientes hostiles

Controlado por un manipulador magnético que se utiliza en experimentos, el robot puede moverse tanto con un patrón de propulsión de aleta como con un patrón de péndulo invertido, lo que significa que puede usar sus patas delanteras para aletear hacia adelante, y también balancear el cuerpo apoyado sobre las patas izquierdas y derechas alternativamente, para avanzar respectivamente.

«La superficie rugosa y la textura cambiante de diferentes tejidos dentro del cuerpo humano causan que el transporte sea un desafío. Nuestro robot de varias patas muestra un rendimiento impresionante en diversos terrenos y, por lo tanto, abre amplias aplicaciones para el suministro de medicamentos dentro del cuerpo», dice el profesor Wang.




El equipo de investigación demostró además que al enfrentar un obstáculo más alto que la longitud de sus patas, el robot, con sus patas blandas deformables, es capaz de levantar un extremo de su cuerpo para formar un ángulo o hasta 90 grados y cruzar el obstáculo fácilmente. Y el robot puede aumentar su velocidad cuando se incrementa la frecuencia electromagnética aplicada.

El robot también muestra una notable capacidad de carga. Las pruebas de laboratorio mostraron que el robot era capaz de llevar una carga 100 veces más pesada que él mismo, una fuerza comparable a una hormiga, uno de los hércules más fuertes de la naturaleza, como si un ser humano pudiese levantar fácilmente un minibús de 26 asientos.

«La sorprendente capacidad de transporte, la eficiente locomoción y la buena capacidad para cruzar obstáculos hacen que este milli-robot sea extremadamente adecuado para aplicaciones en un entorno hostil, por ejemplo, para enviar un medicamento a un lugar asignado a través del sistema digestivo o para realizar una inspección médica», agrega Dr. Shen.

Antes de realizar pruebas adicionales en animales y, finalmente, en seres humanos, los equipos de investigación están desarrollando y perfeccionando su investigación en tres aspectos: encontrar un material biodegradable, estudiar nuevas formas y agregar características adicionales.

«Esperamos crear un robot biodegradable en los próximos dos o tres años para que se descomponga naturalmente después de su misión de administración de medicamentos», dice el Dr. Shen.

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Piernas robóticas que se basan en la evolución animal para aprender a caminar

Investigadores de la Universidad de Carolina del Sur (USC) han construido un robot que puede aprender solo a caminar. Inspirados por la forma de aprender de los humanos, y de los animales que han evolucionado para aprender esta habilidad a los pocos minutos de nacer, se espera que la investigación abra nuevas posibilidades en los campos de las prótesis dinámicas y los robots que aprenden sobre la marcha en entornos desconocidos.

La nueva extremidad robótica conectada a una máquina de cuatro patas (Crédito: Matthew Lin)

«Hoy en día, para que un robot esté listo para interactuar con el mundo se necesita el equivalente de meses o años de entrenamiento, pero queremos lograr el rápido aprendizaje y las adaptaciones que se ven en la naturaleza», dice Francisco J. Valero-Cuevas, un profesor de Ingeniería Biomédica.

En pos de este objetivo, Valero-Cuevas y sus colegas desarrollaron una pierna robótica accionada por tendones de tipo animal y controlada por algoritmos de Inteliencia Artificial bio-inspirados. Esto permite que el robot desarrolle la habilidad de caminar de manera similar a los humanos, por medio de lo que se conoce en los círculos de robótica como Motor Babbling (“babbling” es el balbuceo de los bebés que están probando su capacidad de hablar), que implica realizar movimientos exploratorios repetidos.

«Estos movimientos aleatorios de la pierna permiten al robot construir un mapa interno de su extremidad y sus interacciones con el medio ambiente», dice el estudiante de doctorado de ingeniería de la USC, Ali Marjaninejad, autor del estudio.

Los investigadores han desarrollado una extremidad robótica accionada por tendones de tipo animal y controlada por algoritmos de inteligencia artificial específicos.

Al aprender sobre su estructura y entorno, el miembro robótico puede desarrollar su propio andar personalizado y aprender una nueva tarea de caminar después de solo cinco minutos de pruebas puramente descoordinadas. A tal punto que puede recuperarse si tropieza al querer dar su próximo paso con seguridad en el suelo, aunque no esté programado para hacerlo. Los investigadores creen que este es el primer robot capaz de tal hazaña, y están entusiasmados con las posibilidades que abre el avance.
Como explican, los robots pueden programarse para realizar ciertas tareas en ciertos escenarios, pero no se pueden preparar para toda posibilidad. Este tipo de robots, por otro lado, que son capaces de desarrollar sus propios movimientos personalizados en respuesta a su entorno, podrán asumir una gama más amplia de tareas.

«Si se deja que estos robots aprendan de la experiencia relevante, finalmente encontrarán una solución que, una vez lograda, se utilizará y adaptará según sea necesario», dice Marjaninejad. «La solución puede no ser perfecta, pero se adoptará si es lo suficientemente buena para la situación. No todos necesitamos o deseamos, o podemos gastar tiempo y esfuerzo en ganar una medalla olímpica».





Las prótesis sensibles son un área en la que este tipo de tecnología podría tener un impacto, ya que ayuda a las personas con discapacidades, al permitirles extremidades más intuitivas, naturales y que se mejoran a sí mismas. La exploración espacial es otra, donde los robots podrían colocarse en planetas o lunas lejanos y usar sus capacidades de aprendizaje para ajustar su modo de andar y navegar por terreno desconocido.

«La capacidad de una especie para aprender y adaptar sus movimientos a medida que cambian sus cuerpos y ambientes ha sido, desde el principio, un poderoso impulsor de la evolución», dice Brian Cohn, también estudiante de doctorado y autor del estudio. «Nuestro trabajo constituye un paso hacia la capacitación de los robots para aprender y adaptarse de cada experiencia, tal como lo hacen los animales».

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La investigación fue publicada en la revista Nature Machine Intelligence.
Fuente: Universidad del sur de California