“El método Xstrings” permite a los usuarios producir objetos accionados por cable, ensamblando automáticamente robots biónicos, esculturas y diseños de moda dinámicos.
Es difícil construir dispositivos que repliquen el movimiento fluido y preciso de los humanos, pero eso podría cambiar si pudiéramos tirar de algunas cuerdas (literales).
Al menos, eso es la idea detrás de los mecanismos “cable-driven” en los que ejecutar una cadena a través de un objeto genera movimiento aerodinámico a través de diferentes partes de un objeto. Tome un dedo robótico, por ejemplo: Podría incrustar un cable a través de la palma hasta la punta del dedo de este objeto y luego tirarlo para crear un movimiento de rizado.
Si bien los mecanismos accionados por cable pueden crear movimiento en tiempo real para hacer que un objeto se doble, tuerza o pliegue, pueden ser complicados y llevar mucho tiempo ensamblarlos a mano. Para automatizar el proceso, los investigadores del Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT han desarrollado un enfoque de impresión 3D todo en uno llamado “Xstrings.” Herramienta de diseño de piezas, método de fabricación de piezas, Xstrings puede integrar todas las piezas y producir un dispositivo accionado por cable, ahorrando tiempo al ensamblar robots biónicos, crear instalaciones de arte o trabajar en diseños de moda dinámicos.
Reproducir videoEl enfoque de impresión 3D une los mecanismos impulsados por cable para ustedVídeo: MIT CSAIL
En a papel para ser presentados en la Conferencia de 2025 sobre Factores Humanos en Sistemas de Computación (CHI2025), los investigadores utilizaron Xstrings para imprimir una gama de objetos coloridos y únicos que incluían un robot lagarto rojo, una escultura de pared púrpura que puede abrirse y cerrarse como una cola de pavo real, un tentáculo blanco que se enrosca alrededor de los elementos y una garra blanca que puede reventar en un puño para agarrar objetos.
Para fabricar estos mecanismos llamativos, Xstrings permite a los usuarios personalizar completamente sus diseños en un programa de software, enviándolos a una impresora 3D multimaterial para dar vida a esa creación. Puede imprimir automáticamente todas las piezas de dispositivos en sus ubicaciones deseadas en un solo paso, incluidos los cables que lo atraviesan y las juntas que permiten el movimiento previsto.
El postdoctorado de MIT CSAIL y autor principal Jiaji Li dice que Xstrings puede ahorrar tiempo y energía a los ingenieros, reduciendo el 40 por ciento del tiempo total de producción en comparación con hacer las cosas manualmente. “Nuestro método innovador puede ayudar a cualquiera a diseñar y fabricar productos impulsados por cable con una impresora 3D bimaterial de escritorio,” dice Li.
Un nuevo giro en la fabricación por cable
Para usar el programa Xstrings, los usuarios primero introducen un diseño con dimensiones específicas, como un cubo rectangular dividido en piezas más pequeñas con un agujero en el medio de cada una. Luego puede elegir de qué manera se mueven sus partes seleccionando diferentes “primitivas:” doblando, enrollando (como un resorte), girando (como un tornillo) o comprimiendo — y el ángulo de estos movimientos.
Para creaciones aún más elaboradas, los usuarios pueden incorporar múltiples primitivas para crear combinaciones intrigantes de movimientos. Si quisieras hacer una serpiente de juguete, podrías incluir varios giros para crear un combo “series”, en el que un solo cable impulsa una secuencia de movimientos. Para crear la garra del robot, el equipo incrustó varios cables en una combinación “parallel”, donde se incrustan varias cuerdas, para permitir que cada dedo se cierre en un puño.
Xstrings facilita cómo se integran los cables en el objeto que está produciendo. Los usuarios pueden elegir exactamente cómo se aseguran las cadenas, incluido su punto final, los agujeros dentro de la estructura por la que pasa el cable y dónde tirará para operar el dispositivo.Imagen cortesía de los investigadores.
Más allá del ajuste fino de la forma en que se mueven los mecanismos accionados por cable, Xstrings también facilita la forma en que los cables se integran en el objeto. Los usuarios pueden elegir exactamente cómo se aseguran las cadenas, en términos de dónde se encuentran “anchor” (punto final), “áreas roscadas” (o agujeros dentro de la estructura por la que pasa el cable) y “point” expuesto (donde tire de usted para operar el dispositivo). Con un dedo robot, por ejemplo, puede elegir el ancla que se ubicará en la punta del dedo, con un cable que atraviesa el dedo y una etiqueta de extracción expuesta en el otro extremo.
Xstrings también admite diversos diseños de juntas colocando automáticamente componentes que son elásticos, compatibles o mecánicos. Esto permite que el cable gire según sea necesario, ya que completa el movimiento previsto del dispositivo.
Impulsar diseños únicos en robótica, arte y más allá
Una vez que los usuarios han simulado su plan digital para un artículo impulsado por cable, pueden darle vida a través de la fabricación. Xstrings puede enviar su diseño a una impresora 3D de modelado de deposición fusionada, donde el plástico se funde en una boquilla antes de que los filamentos se viertan para construir estructuras capa por capa.
Xstrings utiliza esta técnica para diseñar cables horizontalmente y construir a su alrededor. Para garantizar que su método imprimiera con éxito mecanismos impulsados por cable, los investigadores probaron cuidadosamente sus materiales y condiciones de impresión.
Por ejemplo, los investigadores encontraron que sus cuerdas solo se rompieron después de ser levantadas y bajadas por un dispositivo mecánico más de 60,000 veces. En otra prueba, el equipo descubrió que imprimir a 260 grados Celsius con una velocidad de 10-20 milímetros por segundo era ideal para producir sus muchos artículos creativos.
“El software Xstrings puede dar vida a una variedad de ideas,” dice Li. “Le permite producir un dispositivo robot biónico como una mano humana, imitando nuestras propias capacidades de agarre. También puede crear piezas de arte interactivas, como una escultura por cable con geometrías únicas y ropa con solapas ajustables. Un día, esta tecnología podría permitir la creación rápida y en un solo paso de robots accionados por cable en el espacio exterior, incluso en entornos altamente confinados, como estaciones espaciales o bases extraterrestres
El enfoque de equipo ofrece mucha flexibilidad y un notable aumento de velocidad para fabricar objetos accionados por cable. Crea objetos que son rígidos por fuera, pero suaves y flexibles por dentro; en el futuro, pueden buscar desarrollar objetos que sean blandos externamente pero rígidos internamente, al igual que los humanos’ piel y huesos. También están considerando usar cables más resistentes y, en lugar de simplemente imprimir cadenas horizontalmente, incrustar las que están en ángulo o incluso verticales.
Li escribió el artículo con la estudiante de maestría de la Universidad de Zhejiang Shuyue Feng; la estudiante de maestría de la Universidad de Tsinghua Yujia Liu; la profesora asistente de la Universidad de Zhejiang y ex investigadora visitante del MIT Media Lab Guanyun Wang; y tres miembros de CSAIL: Maxine Perroni-Scharf, estudiante de doctorado del MIT en ingeniería eléctrica y ciencias de la computación; Emily Guan, investigadora visitante; y la autora principal Stefanie Mueller el Profesor Asociado de Desarrollo Profesional TIBCO en los departamentos de Ingeniería Eléctrica e Informática e Ingeniería Mecánica del MIT, y líder del Grupo de Ingeniería HCI.
Esta investigación fue apoyada, en parte, por una beca de investigación postdoctoral de la Universidad de Zhejiang y el Programa MIT-GIST. MIT News. A. S. Traducido al español
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