Medford/Somerville, Massachussets. Científicos de la universidad de Tufts han recibido un contrato de $3.3 millones de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa de los Estados Unidos (DARPA, por sus siglas en inglés) para desarrollar robots químicos tan suaves y gelatinosos que serán capaces de penetrar en espacios hasta de un […]
Medford/Somerville, Massachussets. Científicos de la universidad de Tufts han recibido un contrato de $3.3 millones de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa de los Estados Unidos (DARPA, por sus siglas en inglés) para desarrollar robots químicos tan suaves y gelatinosos que serán capaces de penetrar en espacios hasta de un centímetro, para después metamorfosearse y adquirir un tamaño 10 veces más grande, y finalmente biodegradarse.
Las ventajas de la utilización de dispositivos no tripulados para llevar a cabo operaciones peligrosas o difíciles son evidentes, y Estados Unidos ha invertido en ellos durante los últimos años. Sin embargo, los robots rígidos de hoy día, construidos principalmente con materiales duros, no pueden navegar en ambientes complejos con aberturas de diversos tamaños y formas. Se ven limitados, por ejemplo, en edificios cuyas únicas vías de acceso pueden ser una ranura debajo de una puerta o el conducto de un cable de electricidad.
El equipo de Tufts diseñará estos robots químicos, o «chembots«, de manera que sean capaces de realizar hazañas que en la actualidad no puede lograr máquina alguna, según ha dicho el profesor de biología Barry Trimmer, profesor de ciencias naturales de Henry Bromfield Pearson y uno de los investigadores principales del proyecto. Entre estas tareas estarán la capacidad para introducirse en espacios cerrados o complejos, desplazarse a lo largo de cables, cuerdas o alambres, así como trepar a árboles y otras estructuras.
Según el Dr. Mitchell Zakin, director del programa de los chembots de la DARPA, este programa «representa la convergencia de la química de materiales blandos y la robótica. Es un enfoque totalmente nuevo de los robots que podría algún día brindar grandes ventajas tecnológicas a nuestras fuerzas armadas».
Los robots químicos podrían ampliar las posibilidades de los actuales vehículos terrestres no tripulados al lograr acceder a ambientes urbanos, túneles, cavernas y emplazamientos con escombros. Una vez en el lugar, los chembots de alto rendimiento energético podrían revisar la zona utilizando poca energía y después metamorfosearse para cumplir su tarea. Por ejemplo, podrían introducirse en un mecanismo explosivo improvisado para recopilar información o incluso para desactivarlo. Entre otras aplicaciones estarían la detección de minas terrestres, operaciones de búsqueda y rescate en condiciones peligrosas y el diagnóstico biomédico. Podrán además portar otros chembots en miniatura para acceder a lugares incluso más pequeños.
Orugas biónicas
El diseño de estos robots está inspirado en los resultados de los estudios del equipo sobre el sorprendente sistema neuromecánico de la oruga Manduca sexta y las extraordinarias propiedades materiales de los biopolímeros.
Los chembots de Tufts copiarán algunas de las habilidades de conducta de la oruga Manduca, entre ellas su flexibilidad, capacidad para trepar y cambio de tamaño -desde su nacimiento hasta el final de su etapa larvaria la oruga aumenta su masa 10 mil veces utilizando la misma cantidad de músculos y neuronas motoras. Trimmer ha estado estudiando el sistema nervioso y el comportamiento de esta oruga desde hace casi 20 años.
El uso de nuevos biomateriales tendrá un papel crucial en el éxito de este empeño. Si bien el equipo de Tufts construirá los primeros chembots utilizando materiales blandos sintéticos y activadores que están disponibles actualmente, en la próxima etapa del proyecto se utilizarán novedosos compuestos biónicos blandos que serán biocompatibles y biodegradables.
«El uso de sistemas de biopolímeros totalmente biodegradables permitirá emplear a los robots en una amplia gama de aplicaciones y ambientes, así como en situaciones médicas, sin necesidad de retirarlos una vez que hayan concluido la tarea encomendada», señaló David Kaplan, otro de los investigadores principales y profesor de ingeniería biomédica de la institución Stern Family y presidente de la cátedra de ingeniería biomédica. «Esperamos que estos dispositivos serán literalmente capaces de desaparecer una vez concluida su misión».
Los biomateriales serán diseñados con polímeros creados mediante ingeniería biológica, los cuales han sido objeto de estudio por parte del grupo durante muchos años.
La telemetría inalámbrica ahorra energía
El chembot deberá tener múltiples sensores ultrafinos para medir
temperatura, presión, productos químicos, audio y video y para la comunicación inalámbrica. El equipo de Tufts ha estado desarrollando estrategias para la telemetría inalámbrica, incluida la tecnología que utiliza un 60% menos de electricidad que los dispositivos convencionales.
El proyecto tiene su base en el Laboratorio de tecnologías avanzadas de la universidad Tufts e incluirá a expertos en ingeniería biotisular, neuromecánica de animales de cuerpos blandos, ingeniería micromecánica, caracterización y modulación de materiales blandos, transmisión inalámbrica de datos y energía, diseño de circuitos integrados de modo múltiple, y fusión de sensores y navegación robótica móvil.
El equipo tiene previsto desarrollar prototipos de chembots de hasta dos gramos como mínimo y 200 gramos como máximo. De contar con acceso a las capacidades productivas apropiadas, los investigadores afirman que estos dispositivos podrían construirse a bajo costo y en grandes cantidades, así como a niveles micro y macro.
Trimmer, cuya especialidad es la neurobiología, ha estado utilizando la oruga Manduca como sistema modelo desde 1990 en el marco de donativos recibidos de los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias (http://ase.tufts.edu/biology/faculty/trimmer). Su objetivo ha sido llegar a comprender mejor la forma en que las orugas pueden controlar sus movimientos utilizando un cerebro simple y cómo pueden moverse con tanta flexibilidad sin tener articulaciones. Aplicando los resultados de sus estudios sobre las orugas, su laboratorio ha construido los primeros prototipos de robots totalmente blandos, que serán adaptados a este nuevo proyecto aprovechando los conocimientos de los ingenieros de Tufts.
Kaplan, cuyo laboratorio se dedica principalmente a la ingeniería de biopolímeros ( http://ase.tufts.edu/biomedical/faculty-staff/kaplan.asp) ha develado el secreto de cómo las arañas y los gusanos de seda logran tejer sus telas y capullos a partir de fibras increíblemente resistentes pero flexibles. Su equipo ha aplicado la ingeniería genética y la nanotecnología para crear una «proteína de fusión» que combina por primera vez la resistencia de la seda de araña con la compleja estructura del silicio. Su trabajo con biopolímeros ha recibido el respaldo de la Fundación Nacional de Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud, la Oficina de Investigaciones Científicas de la Fuerza Aérea y la Fundación W.M.Keck.
Además de Trimmer y Kaplan, el equipo estará integrado por Luis Dorfmann, Profesor Auxiliar de la cátedra de ingeniería civil y ambiental; Valencia Joyner, Profesor Auxiliar de ingeniería eléctrica y de computación; Gary Leisk, Conferenciante Principal de ingeniería mecánica; Sameer Sonkusale, Profesor Auxiliar de ingeniería eléctrica y de computación; y Robert White, Profesor Auxiliar de ingeniería mecánica.
Tomado del sitio de DARPA: Solicitud de licitación para este proyecto (traducido del original)
http://www.darpa.mil/dso/solicitations/baa07-21mod.html
Debido a la posibilidad de que existan errores de transcripción, el anuncio oficial de CBD tendrá precedencia sobre esta transcripción en caso de que existiera alguna diferencia entre ambas. La presente transcripción se facilita solo para su conveniencia personal.
Información general
Tipo de documento: modificación a un Aviso Previo
Número de anuncio: BAA07-21
Fecha de publicación: 23 de marzo de 2007
Fecha de respuesta original : 14 de febrero de 2008
Fecha de respuesta actual: 2 de julio de 2007
Fecha de archivo original: 2 de julio de 2008
Fecha de archivo actual: 2 de julio de 2008
Código de clasificación: A – Investigación y Desarrollo
Código Naics. 541710- Investigación y Desarrollo en Ciencias Físicas, de la Ingeniería y Biológicas
Dirección de la oficina contratista
Other Defense Agencies, Defense Advanced Research Projects Agency, Contracts Management Office, 3701 North Fairfax Drive, Arlington, VA, 22203-1714, United States
Descripción
ROBOTS QUÍMICOS
BAA 07-21, Addendum 2
Fecha de entrega de informes oficiales: 3 de mayo de 2007, antes de las 4:00 pm hora del este
Fecha de entrega de las propuestas íntegras: 2 de julio de 2007, antes de las 4:00 pm hora del este. Punto de contacto técnico: Dr. Mitchell R. Zakin, DARPA/DSO; tlf (703) 248-1509, correo-e: [email protected];
URL: www.darpa.mil/dso/solicitations/solicit.htm;
Entrega via Internet: https://www.sainc.com/dsobaa/
DESCRIPCIÓN
(Nota: Este BBA Addendum 2 es presentado como un Tema de atención especial según se describe en el documento BAA 07-21 original).
La capacidad para acceder de manera segura y encubierta a espacios vedados u hostiles con el objetivo de realizar tareas útiles representa una ventaja crucial para el personal militar en una amplia diversidad de operaciones militares. Una manera efectiva y logísticamente atractiva para lograr acceder a espacios vedados es utilizar una plataforma no tripulada, por ejemplo, un robot. No obstante, a menudo los únicos puntos de acceso son pequeñas aberturas en edificios, paredes, puertas, etc.. En estos casos, el robot debe ser de una estructura suficientemente blanda para lograr pasar por pequeñas aberturas, y a la vez suficientemente grande para transportar una carga útil con capacidad operacional. Las actuales plataformas robóticas se construyen principalmente con materiales duros y, aunque son capaces de moverse llevando una carga, no pueden variar sus dimensiones físicas para atravesar rápidamente aberturas de diversos tamaños y formas cuyas dimensiones son mucho más pequeñas que las del propio robot y no es posible conocerlas de antemano.
En respuesta a este reto, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada para la Defensa de los Estados Unidos (DARPA) ha solicitado propuestas innovadoras para el desarrollo de robots químicos o chembots: objetos móviles, blandos y flexibles que puedan identificar y atravesar aberturas más pequeñas que sus dimensiones estructurales estáticas; recuperar su tamaño, forma y funcionalidad una vez del otro lado; portar cargas útiles significativas; y realizar tareas. Los chembots representan la convergencia entre la química de materiales blandos y la robótica para crear un tipo fundamentalmente nuevo de robots blandos a escala mediana capaces de realizar la siguiente secuencia de operaciones:
1. Recorrer una determinada distancia;
2 Pasar de un lado a otro por una abertura de forma arbitraria y de tamaño mucho menor que la dimensión característica mayor del chembot;
3. Recuperar su tamaño, forma y funcionalidad una vez atravesada la abertura;
4. Recorrer una determinada distancia; y
5. Llevar a cabo una tarea utilizando la carga que porta.
La primera fase de este programas está dedicada al desarrollo de materiales novedosos, sistemas de materiales, y/o arquitecturas robóticas, que puedan tanto moverse y metamorfosearse bajo la influencia de una fuerza motriz apropiada (por ejemplo, fuerza electromagnética, acústica, química, etc.), así como a la puesta a prueba de un chembot rudimentario a escala mediana. El objetivo central de la Fase I se presenta en la sección Objetivos y Logros Principales del Programa.
ANTECEDENTES
Para hacer realidad la idea de los chembots los principales adelantos técnicos se centrarán en el desarrollo de materiales y arquitecturas que tengan la capacidad de locomoción y de cambiar de forma y tamaño con el objetivo de atravesar aberturas pequeñas para luego recuperar su tamaño y su forma. Existen dos mecanismos básicos para lograr el paso: encogerse para poder pasar por la abertura, o transformarse primero para alcanzar el tamaño y forma apropiados y entonces atravesar de un lado a otro. Las principales características que deben tenerse en cuenta para los dispositivos chembots definitivos son:
1. Capacidad de cambiar de forma en las tres dimensiones;
2. Arquitecturas que puedan captar la existencia de aberturas y transformarse según la forma de estas, por ejemplo, mediante el uso de sensores táctiles;
3. Estructuras o arquitecturas flexibles que puedan metamorfosearse o disolverse, para después reconstituirse -aspecto clave para el sistema;
4. Cargas útiles que mantengan su viabilidad una vez atravesada la abertura. Las cargas duras, incluidas las fuentes de energía, deben ser de un tamaño inferior al tamaño característico mayor de la abertura. Es posible que las nuevas cargas blandas con capacidad de metamorfosis y reconstitución sean de un tamaño mayor que el de la abertura característica mayor;
5. Requerimientos energéticos moderados. Los chembots podrían ser autónomos, alimentarse energéticamente de sí mismos o tomar la energía de otros cuerpos;
6. Funcionamiento autónomo o controlado por el usuario, en dependencia de la aplicación. Los chembots no deben atarse a controladores ni fuentes de energía;
7. De tamaño intermedio, preferentemente con una arquitectura de diferentes tamaños; y
8. Robustos para condiciones operacionales militares típicas de diversos tipos (temperatura, humedad, lluvia, etc.).
La naturaleza nos brinda muchos ejemplos de la funcionalidad que tendrían los chembots. Gracias a diversos mecanismos de reversibilidad, muchas criaturas de cuerpo blando, entre ellas los ratones, los octópodos y los insectos, pueden atravesar aberturas un poco mayores que su componente duro de mayor tamaño. Entre estos mecanismos están: 1) uso de materiales elásticos para enroscarse, encogerse y curvarse con un amplio grado de libertad, 2) uso de la flexibilidad de la estructura músculo-esquelética para introducirse por las aberturas, y 3) el aprovechamiento de cambios reversibles de módulo (por ejemplo, de flexible a rígido) para lograr reducciones de tamaño en una proporción de 10:1. Por lo general los invertebrados de cuerpo blando se mueven arrastrándose, por ejemplo, por peristalsis (lombrices, orugas), ondulaciones (caracoles, babosas), movimientos ciliares, etc, y se valen de medios de agarre, suspensión y succión para garantizar una tracción suficiente con el terreno.
Entre los posibles enfoques para lograr robots blandos de escala intermedia están:
1. Transiciones entre las fases de gel y sólida;
2. Sistemas no newtonianos (por ejemplo, fluidos y gels de viscosidad variable);
3. Materiales con memoria de formas;
4. Materiales electroreológicos y magnetoreológicos;
5. Fenómenos electrostáticos, electroestrictivos, electro-osmóticos, electroadhesivos y dielectroforéticos;
6. Asociación y disociación química y/o de partícula reversible;
7. Transiciones geométricas, por ejemplo, fenómenos de plegado;
8. Materiales de módulo cambiante; y
9. Nuevos tipos de materiales y/o estructuras de sistema.
Se tendrá en cuenta cualquier enfoque innovador que cumpla los objetivos de este BAA.
OBJETIVOS Y LOGROS PRINCIPALES DEL PROGRAMA
El objetivo de este programa es desarrollar una plataforma robótica blanda de transporte que pueda utilizarse en operaciones militares para acceder a lugares vedados pasando por pequeñas aberturas con el objetivo de realizar determinadas funciones.
El Programa de los Chembots tendrá dos fases. El objetivo de la Fase I es desarrollar tecnologías de materiales y arquitecturas fundamentales, y poner a prueba un robot químico a mediana escala rudimentario capaz de moverse y cambiar de forma.
Dependiendo del éxito de las pruebas en la Fase I, el objetivo de la Fase II será desarrollar una serie de chembots plenamente funcionales para aplicaciones específicas.
La Fase I será un periodo de investigaciones que no exceda de 24 meses; no obstante, se insta encarecidamente a reducir la duración de la misma.
El logro principal de la Fase I es:
1. Poner a prueba satisfactoriamente un chembot , de aproximadamente 30 cm de circunferencia; 10 cm de diámetro; 500 cm3 de volumen, capaz de:
a) recorrer una distancia de cinco metros a una velocidad de 0,25 metros por minuto;
b) reducir 10 veces su tamaño en su dimensión mayor; y
c) pasar a través de una abertura de 1 cm de geometría arbitraria, y recuperar su forma y tamaño original en 15 segundos.
Está previsto que la Fase II tenga una duración de entre 18 y 24 meses de investigaciones. El logro principal de esta fase estará determinado por los resultados de la Fase I y las aplicaciones específicas que se propongan.
A fin de lograr lo previsto en el programa y alcanzar el logro principal de la Fase I, se requiere la contribución de expertos en química y física de los materiales, robótica, algoritmos de mando y control, y en integración de sistemas.
PRESENTACIÓN DE PROPUESTAS
Se han previsto dos etapas de selección . Se SOLICITA ENCARECIDAMENTE que los informes oficiales que se presenten se ajusten a las siguientes directrices.
Plazos para los informes especiales y las propuestas definitivas
El plazo para la presentación de los informes oficiales es el 3 de mayo de 2007, hasta las 4:00 pm hora del este. Todos los informes oficiales serán analizados antes del 17 de mayo de 2007, fecha en que se presentarán las recomendaciones para las propuestas definitivas. Las propuestas definitivas deberán entregarse a más tardar el 2 de julio, ANTES de las 4:00 pm hora del este. No se aceptarán informes oficiales ni propuestas enviadas por fax. Todas las propuestas definitivas entregadas serán evaluadas. Tómese nota de que podrá presentarse una propuesta definitiva en cualquier momento antes del cierre del plazo de admisión sin haber presentado un informe oficial.
Directrices para la presentación del informe oficial
Se analizarán informes oficiales que consten de ocho páginas o menos (sin contar la página de presentación) con el objetivo de recomendar la entrega de propuestas definitivas. El informe oficial deberá tener las secciones siguientes:
1. Una página de presentación con información del Punto de contacto técnico (nombre, dirección, teléfono, fax, correo electrónico, organización rectora y tipo de actividad), el título del trabajo propuesto, costo estimado, y duración (en meses). (Nota: esta página de presentación no está incluida en el límite máximo de páginas).
2. Un resumen ejecutivo donde se exponga claramente la singularidad de la idea. Buscamos ideas revolucionarias que sirvan de base sólida para la rama de la robótica con materiales blandos en caso de que el trabajo propuesto se lleve a término satisfactoriamente.
3. Una explicación breve del enfoque del problema, los desafíos científicos y técnicos que este entraña, así como las posibles soluciones para vencer los problemas que puedan presentarse. Análisis técnico complementario. Esta explicación debe concluir con una descripción de la arquitectura del chembot propuesto, además de una estimación inicial de su funcionamiento. Esta explicación también servirá para demostrar el nivel de conocimiento en este campo tan novedoso.
4. Breve presentación de las esferas de investigación en las que se trabajará para alcanzar los objetivos del programa, los experimentos iniciales que se realizarán, y como se valorará el avance para lograr el principal objetivo.
5. Un costo estimado de los recursos necesarios durante el período propuesto. Ello deberá incluir los costos de mano de obra y materiales.
6. Un resumen de las especialidades de los principales integrantes del proyecto según los objetivos del programa. Si el equipo estará integrado por personas provenientes de más de una organización, se deberá informar también la estructura de dirección propuesta.
7. Breve listado de las referencias pertinentes
Directrices para la presentación de propuestas definitivas
Como se explica en el documento BAA 07-21, las propuestas definitivas constarán de dos volúmenes: el Técnico y el de Costos. Sírvase seguir las directrices generales para el formato y el contenido de las propuestas definitivas que se encuentra disponible en: http://www.darpa.mil/baa/baa07-21pt2.html
La sección Técnica de la propuesta de investigación debe incluir la información siguiente:
1. Definición del concepto: descripción clara de los materiales, activación y arquitectura de sistemas propuestos para los chembots. Descripción de los mecanismos físicos intrínsecos que permiten la locomoción, el cambio de forma y la reconstitución, incluidos los requisitos y los recursos de circuitos de energía/computación. Descripción de la estrategia básica para atravesar aberturas de tamaño y formas arbitrarias.
2. Análisis técnico complementario: análisis detallado de la lógica técnica en la que se sustenta el concepto propuesto de chembot, incluidas las estimaciones de comportamiento.
3. Plan investigativo. Presentar un plan de investigación detallado que describa los métodos para alcanzar el logro principal de la Fase I que se especifica en este documento de anuncio. Información sobre diversos logros principales específicos cuantitativos en etapas intermedias del programa para valorar el avance logrado hacia la consecución del objetivo de la Fase I.
4. Breve lista de las referencias pertinentes.
Además, todas las propuestas deberán ser complementadas por un Esquema donde se describan los objetivos del programa, su pertenencia para las Fuerzas Armadas, participantes, logros técnicos principales, y presupuesto total para el año fiscal. Este esquema debe incluir una ilustración del concepto del proyecto donde se muestren los principios de funcionamiento. Este Esquema no afectará el límite total de páginas.
Evaluación de las propuestas
La evaluación de las propuestas se realizará con arreglo al BAA 07-21. Para cualquier pregunta sobre temas administrativos, sírvase remitirse a la oferta original FEDBIZOPPS, BAA0721, de fecha 14 de febrero de 2007: http://www.darba.mil/dso/solicitations/solicit/htm.
Sitio web para la Presentación de Propuestas: http://www.sainc.com/dsobaa/.
Dirección para la Presentación de Propuestas:
DARPA/DSO
ATTN: BAA 07-21, Addendum 2, Dr. Mitchell R. Zakin
3701 North Fairfax Drive
Arlington , VA 22203-1714
Información general
En todas las correspondencias, hacer referencia a BAA 07-21, Addendum 2
Punto de contacto técnico
Dr. Mitchell R. Zakin, DARPA/DSO; teléfono; (703) 248-1509; correo-e: [email protected]
Punto de contacto original
Barbara McQuiston, Vicedirectora, DSO, teléfono; (703) 526-4759; correo-e: [email protected]
Punto de contacto actual
Anthony Cicala, Oficial contratista, teléfono: (571)218-4639; Fax: (703)248-1927; correo-e: [email protected]
Traducido por Ivón Wong del Equipo de Servicios de Traductores e Intérpretes (ESTI)