ES2911719T3 - Robot suave con capa electrónica flexible deformación limitada - Google Patents

Abstract

Un robot suave (100) que tiene un componente eléctrico integrado, que comprende: un cuerpo expandible o colapsable (110), el cuerpo que comprende una entrada que se configura para comunicarse con una fuente de fluido; y una capa limitada de deformación flexible (150) asegurada a una porción del cuerpo expandible o colapsable (110), en donde la capa de deformación limitada (150) incluye al menos un componente eléctrico, caracterizado porque el componente eléctrico comprende al menos uno de (a) un cable definido litográficamente dispuesto sobre la capa limitadora de deformación, (b) un cable conductor en serpentina, o (c) una pista conductora asegurada conforme a una capa limitada de deformación doblada.

Description

DESCRIPCIÓN

Robot suave con capa electrónica flexible deformación limitada

Campo técnico

Esta tecnología se relaciona generalmente con actuadores de robots suaves que integran circuitos electrónicos. Antecedentes de la invención

Las máquinas, ya sean duras o suaves, normalmente requieren la integración de componentes eléctricos (por ejemplo, motores, sensores, microcontroladores, pantallas, bombas, baterías, etc.) para realizar tareas sofisticadas. Como la mayoría de los componentes eléctricos están hechos de materiales rugosos, son difíciles de integrar en los cuerpos de los actuadores suaves que se estiran y flexionan durante el funcionamiento. Esta limitación es un obstáculo técnico sustancial para avanzar en el campo de la robótica suave.

El documento US 2006/0028041, en el que se basa el preámbulo de la reivindicación 1 adjunta, describe un mecanismo de accionamiento de porción multiarticular de tipo laminado y un método de fabricación del mismo y una mano de agarre y un brazo robótico provistos con lo mismo.

"A Modular Approach to Soft Robots", CD Onas y D. Rus, Biomedical Robotics and Biomechatronics, 2012, 4ta Conferencia Internacional IEE RAS & EMBS sobre, IEEE, 24 de junio de 2012, páginas 1038-1045, describe otro robot suave de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 adjunta.

Es un objeto de la presente invención proporcionar un robot suave con una integración mejorada de un componente eléctrico.

Resumen

En consecuencia, la presente invención proporciona un robot suave como se define en la reivindicación 1 adjunta, que tiene un circuito eléctrico integrado y/o un dispositivo electrónico incorporado en una capa limitadora de deformación electrónica flexible y/o estirable. Dado que la capa de deformación limitada de un actuador suave experimenta la deformación más pequeña durante el funcionamiento del dispositivo, los componentes eléctricos se ubican en esta capa con la expectativa de que experimenten un mínimo de estiramiento o desplazamiento durante la operación. Para facilitar la referencia, un robot suave que tiene un circuito eléctrico integrado y/o un dispositivo electrónico incorporado en una capa limitada de deformación electrónica flexible se denomina "robot suave electrónico".

En un aspecto, un robot suave que tiene un circuito eléctrico integrado incluye un cuerpo elastomérico que tiene al menos una cámara dispuesta dentro del cuerpo, comprendiendo el cuerpo elastomérico una entrada de presurización que se configura para recibir fluido para la pluralidad de cámaras interconectadas; y una capa de deformación limitada dispuesta a lo largo de un lado del cuerpo flexible, en donde la capa de deformación limitada incluye al menos un componente eléctrico.

En una o más modalidades, la capa de deformación limitada es inextensible, o la capa de deformación limitada puede acomodar una deformación de menos del 35 % o menos del 40 % o menos del 50 % y, por ejemplo, puede estar en el intervalo de 0,1-50 % de deformación. En una o más modalidades, la capa limitadora de deformación es más del 10 % o más del 50 % o más del 100 % o más del 500 % más rígida que el cuerpo elastomérico expandible. En cualquiera de las modalidades anteriores, el componente eléctrico se selecciona de líneas conductoras, electrodos, transistores, fotovoltaicos, detectores electroquímicos, baterías, almohadillas electroadhesivas, pantallas, transductores electromecánicos, parlantes, micrófonos, fotodetectores, antenas, osciladores, inductores, calentadores inductivos , condensadores, supercondensadores, electroimanes, resistencias, calentadores resistivos, relés, fotovoltaicos, rectificadores, diodos, diodos zener, LED, OLED, CCD, bombas neumáticas o hidráulicas, electroválvulas, válvulas electroactivas de diafragma, microcontroladores, puertas lógicas, amplificadores, amplificadores operacionales , interruptores, sistemas de posicionamiento global, puentes de Wheatstone, filtros de paso de banda, filtros de paso bajo, filtros de paso alto, etiquetas RFID, generadores de chispas, inversores de potencia, convertidores de analógico a digital, dispositivos de imágenes ópticas, dispositivos de imágenes térmicas, actuadores de nitinol, y sensores.

En cualquiera de las modalidades anteriores, el sensor es uno o más sensores térmicos, sensores de deformación, sensores químicos, sensores biológicos, sensores neurales, sensores de presión, sensores de presión barométrica, sensores de vacío, altímetros, sensores de conductividad, sensores de impedancia, unidades de medición inercial, resistencias de detección de fuerza, telémetros láser, telémetros acústicos, magnetómetros, sensores de efecto Hall, magnetodiodos, magnetotransistores, sensores de campo magnético MEMS, micrófonos, fotodetectores, acelerómetros, sensores de giroscopio, sensores de flujo, sensores de humedad, quimiresistores, sensores de compuestos orgánicos volátiles, sensores de metales pesados, sensores de pH, sensores de sedimentación, sensores de ablación cardíaca, sensores mioeléctricos, narices electrónicas, sensores de gas, sensores de oxígeno, sensores de nitrógeno, sensores de gas natural, sensores de gas VX, sensores de gas sarín, sensores de gas mostaza, detectores de explosivos, detectores de metales, detectores radiológicos y sensores de corriente.

En cualquiera de las modalidades anteriores, el cuerpo flexible está moldeado o el cuerpo flexible comprende un laminado.

En cualquiera de las modalidades anteriores, el robot suave incluye además un sistema de control para controlar el movimiento del robot suave basado al menos en parte en los datos obtenidos de uno o más sensores ubicados en la capa de deformación limitada.

En una o más modalidades, se describe una variedad de componentes eléctricos que se pueden incorporar en el cuerpo de un actuador suave mediante la construcción de una capa limitada de deformación electrónica flexible y opcionalmente estirable. El actuador suave incorpora un elastómero altamente extensible y uno menos extensible; y una plétora de componentes eléctricos que pueden acomodar deformaciones de cero a moderadas pueden incluirse en la capa limitada de deformación electrónica. Los ejemplos de ilustrativos no limitativos de componentes eléctricos incluyen modalidades flexibles y/o estirables, así como también rígidas de dispositivos electrónicos comunes (por ejemplo, transistores, pantallas, baterías, transductores electromecánicos, altavoces, sensores térmicos, sensores de deformación, sensores de presión, sensores mioeléctricos, fotodetectores, etc.).

En una o más modalidades, se utiliza un componente electrónico flexible como elemento de cojinete de carga que cumple la función de la capa de deformación limitada en un actuador suave. En algunas modalidades, las capas de deformación limitada son inextensibles.

En otro aspecto, se describe un robot suave que tiene un componente eléctrico integrado que incluye un cuerpo expandible o colapsable, el cuerpo que comprende una entrada que se configura para comunicarse con una fuente de fluido; y una capa de deformación limitada flexible asegurada a una porción del cuerpo expandible o colapsable, en donde la capa de deformación limitada incluye al menos un componente eléctrico.

En una o más modalidades, la capa de deformación limitada es inextensible.

En una o más modalidades, la capa de deformación limitada puede adaptarse a una deformación de menos del 35 % o menos del 40 % o menos del 50 % y, por ejemplo, puede estar en el intervalo de 0,1-50 % de deformación. En una o más modalidades, el componente eléctrico incluye un dispositivo capaz de medir una tensión, una corriente o una impedancia.

En una o más modalidades, el componente eléctrico incluye un dispositivo capaz de amplificar, atenuar, filtrar o conmutar señales electrónicas.

En una o más modalidades, el componente eléctrico incluye un dispositivo capaz de realizar un trabajo mecánico o eléctrico en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados.

En cualquier modalidad anterior, el componente eléctrico incluye un dispositivo que emite radiación en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados.

En cualquier modalidad anterior, el componente eléctrico incluye un dispositivo que cambia la temperatura en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados.

En cualquier modalidad anterior, la capa de deformación limitada incluye dos o más capas y los componentes eléctricos están ubicados en al menos dos capas y, por ejemplo, los componentes eléctricos en diferentes capas están interconectados mediante el uso de vías eléctricas y, opcionalmente, los componentes eléctricos se configuran para funcionar como capacitor.

En cualquier modalidad anterior, en donde el cuerpo expandible o colapsable comprende una pluralidad de cámaras expandibles o colapsables interconectadas por fluido, y la entrada se configura para comunicarse con todas o un subconjunto de la pluralidad de cámaras expandibles interconectadas.

En cualquier modalidad anterior, el cuerpo expandible o colapsable incluye una o más cámaras elastoméricas configuradas para inflarse con la presurización fluídica o colapsar con la despresurización.

En cualquier modalidad anterior, el cuerpo expandible o colapsable incluye una o más cámaras flexibles o extensibles configuradas para abrirse o desplegarse tras la presurización fluídica o cerrarse o doblarse tras la aplicación tras la despresurización.

En cualquier modalidad anterior, el cuerpo expandible es un cuerpo moldeado.

En cualquier modalidad anterior, el cuerpo expansible comprende un cuerpo laminado.

En cualquier modalidad anterior, en donde el componente eléctrico se selecciona de líneas conductoras, electrodos, transistores, fotovoltaicos, detectores electroquímicos, baterías, supercapacitores, sensores neurales, almohadillas electroadhesivas, pantallas, transductores electromecánicos, parlantes, micrófonos, fotodetectores, telémetros láser, detectores acústicos telémetros antenas, osciladores, inductores, calentadores inductivos, condensadores, supercondensadores, electroimanes, resistencias, calentadores resistivos, relés, energía fotovoltaica, rectificadores, diodos, diodos zener, LED, OLED, CCD, bombas neumáticas o hidráulicas, válvulas de diafragma electroactivas, válvulas de solenoide, microcontroladores, puertas lógicas, amplificadores, amplificadores operacionales, interruptores, sistema de posicionamiento global, puentes de Wheatstone, filtros de paso de banda, filtros de paso bajo, filtros de paso alto, etiquetas RFID, generadores de chispas, inversores de potencia, convertidores analógicos a digitales, térmicos imágenes y sensores.

En cualquier modalidad anterior, sensores, sensores de presión, sensores de presión barométrica, sensores de vacío, altímetros, sensores de conductividad, sensores de impedancia, unidades de medición de inercia, resistencias de detección de fuerza, telémetros láser, telémetros acústicos, magnetómetros, sensores de efecto hall, diodos magnéticos , magneto-transistores, sensores de campo magnético MEMS, micrófonos, fotodetectores, acelerómetros, sensores giroscópicos, sensores de flujo, sensores de humedad, quimiresistores, sensores de compuestos orgánicos volátiles, sensores de metales pesados, sensores de pH, sensores de sedimentación, sensores de ablación cardíaca, sensores mioeléctricos, narices electrónicas, sensores de gas, sensores de oxígeno, sensores de nitrógeno, sensores de gas natural, sensores VX, sensores de sarín, sensores de gas mostaza, sensores de tabún, sensores de soman, sensores de fosgeno, sensores de cloro gaseoso, detectores de explosivos, sensores de acetona, sensores de nitrato de potasio, sensores de perclorato de potasio, sensores de amoníaco, sensores de narcóticos, detectores de metales, detectores radiológicos y sensores de corriente.

En cualquier modalidad anterior, se describe el robot suave de la invención descrito en el presente documento, en donde los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación están adaptados para funcionar como transistores, altavoces de audio, sensores de deformación suaves, sensores táctiles capacitivos, LEDS, sensores neurales, sensores de presión y sensores térmicos, baterías o dispositivos de electroadhesión. En otro aspecto más, se describe un método para operar un robot suave, que comprende:

proporcionar un robot suave de acuerdo con una o más modalidades; y

presurizar o despresurizar el cuerpo expandible o colapsable para accionar el robot suave;

proporcionando una entrada al componente eléctrico ubicado en la capa limitadora de deformación, en donde el componente eléctrico responde a la entrada para afectar a los electrones o sus campos asociados, o cuyo comportamiento o estado físico es alterado por los electrones o su campo asociado.

En una o más modalidades, el componente eléctrico mide una tensión, una corriente o una impedancia.

En una o más modalidades, en donde el componente eléctrico amplifica, atenúa, filtra o conmuta señales electrónicas.

En una o más modalidades, el componente eléctrico realiza un trabajo mecánico o eléctrico en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados.

En una o más modalidades, el componente eléctrico emite radiación, tal como un LED, en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados.

En una o más modalidades, el componente eléctrico cambia de temperatura en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados.

En una o más modalidades, los componentes eléctricos funcionan como transistores, altavoces de audio, sensores de deformación suave, sensores táctiles capacitivos, LEDS, sensores neurales, sensores térmicos y de presión, baterías o dispositivos de electroadhesión.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1A es un diagrama esquemático que describe la construcción de un actuador de flexión suave neumático de acuerdo con una o más modalidades que utiliza una electrónica flexible incorporada en su capa de deformación limitada.

La Figura 1B es una vista despiezada de un actuador de flexión suave neumático que utiliza una electrónica flexible incorporada en su capa de deformación limitada.

La Figura 1C es una fotografía del actuador de flexión suave con LED iluminados.

Las Figuras 2A y 2B son diagramas esquemáticos que describen la fabricación de un manipulador suave neumático con sensores de curvatura integrados, en los que la Figura 2A muestra una lámina de papel de poliéster/celulosa mezclado revestido con electrodos de aluminio adheridos y material compuesto impreso con plantilla, que consta de carbón negro mezclado con polidimetilsiloxano (c-PDMS), sensores para fabricar una electrónica flexible basada en papel; y la Figura 2B muestra la colocación de la capa neumática Ecoflex en contacto con la electrónica flexible que se empapa con elastómero sin curar, seguida del curado térmico del conjunto.

Las Figuras 3A-3M ilustran el funcionamiento de una pinza robótica suave similar a una mano que incluye un componente eléctrico incorporado, en el que la Figura 3A es una vista desde arriba del actuador robótico suave; la Figura 3B es una vista inferior del mismo dispositivo; las Figuras 3C-3G muestran el accionamiento de dedos individuales mediante el inflado controlado de los diferentes canales neumáticos; y las Figuras 3H-3M son una serie de fotografías con retraso en el tiempo del manipulador recolectando un huevo crudo.

Las Figuras 4A-4E representan la dependencia de la resistencia eléctrica de los sensores c-PMDS de la pinza robótica suave similar a una mano con la curvatura de sus respectivos dedos antes y después de golpear el actuador suave diez veces con un martillo.

Las Figuras 5A-5E ilustran la incorporación de cables conductores en la capa de deformación limitada de un robot suave, en el que la Figura 5A es una vista superior y una vista lateral de la capa neumática extensible utilizada en la preparación de un robot actuador suave; la Figura 5^b es una vista lateral de un robot suave moldeado o cortado en canal, que incluye una capa de deformación limitada; la Figura 5C muestra la aplicación de circuitos conductores a la capa inextensible; la Figura 5D muestra la encapsulación del circuito conductor en polímero flexible; y la Figura 5E ilustra el conjunto curado térmicamente que incorpora un circuito conductor en una capa de deformación limitada; la capa puede tener una capacidad de extensión moderada ya que la capa está hecha de un elastómero.

Las Figuras 6A-6D ilustran un actuador suave electrónico de ejemplo que incorpora cables serpenteantes de acuerdo con una o más modalidades en las que la Figura 6A es una ilustración en sección transversal del actuador suave electrónico; la Figura 6B es una ilustración esquemática que muestra el proceso de deposición por evaporación térmica para depositar cables serpenteantes sobre la capa de deformación limitada del actuador suave electrónico; la figura 6C es una vista en planta de los cables serpenteantes en la capa de deformación limitada del actuador suave electrónico; y la Figura 6D es una vista lateral del actuador suave electrónico con componentes electrónicos adjuntos.

Las Figuras 7A-7D ilustran un actuador suave electrónico de ejemplo que tiene componentes electrónicos que incorporan un sensor de deformación suave, un altavoz, un micrófono, un sensor táctil, un transductor mecánico, un capacitor o un sensor de presión de acuerdo con una o más modalidades, en los que la Figura 7A es una ilustración esquemática de un alambre estampado litográficamente en una capa de deformación limitada; la Figura 7B es una ilustración esquemática de la impresión con tinta conductora de un componente eléctrico; la Figura 7C es una ilustración esquemática que muestra la encapsulación de los componentes eléctricos en elastómero; y la Figura 7D es una vista en planta inferior y una vista lateral del actuador suave electrónico que tiene componentes eléctricos apilados que muestran componentes electrónicos de acuerdo con una o más modalidades.

Las Figuras 8A-8C es un ejemplo de robot suave electrónico que tiene componentes electrónicos preparados mediante el uso de impresión omnidireccional de acuerdo con una o más modalidades, en el que la Figura 8A es una ilustración esquemática de la capa neumática extensible utilizada en la preparación de un robot actuador suave; la Figura 8B es una vista en sección transversal del proceso utilizado para depositar una traza conductora; y la Figura 8C es una vista en planta inferior y una vista lateral del actuador suave electrónico que tiene componentes eléctricos apilados que muestran componentes electrónicos de acuerdo con una o más modalidades.

Las Figuras 9A-9D ilustran un ejemplo de robot suave electrónico con almohadillas electroadhesivas según una o más modalidades, en el que la Figura 9A muestra la sinterización de una traza conductora de plata sobre una lámina de elastómero tratada con plasma parcialmente sumergida en una solución de nanopartículas de plata; la Figura 9B es una vista en planta de las pistas despiezada, con una vista en despiece que muestra los dedos interdigitados del electrodo sinterizado; la Figura 9C es una ilustración esquemática que muestra la encapsulación del electrodo sinterizado en una capa dieléctrica de PDMS; y la Figura 9D es una vista en sección transversal de un dispositivo que contiene una almohadilla de electroadhesión en la capa de deformación limitada.

Las Figuras 10A-10F ilustran un ejemplo de robot suave electrónico que tiene una superficie combada en la capa menos extensible de acuerdo con una o más modalidades.

Las Figuras 11A-11D ilustran un robot suave electrónico ejemplar que incorpora fotosensores en la capa menos extensible de acuerdo con una o más modalidades

Las Figuras 12A y 12B ilustran un robot suave electrónico ejemplar que incorpora una batería blanda de acuerdo con una o más modalidades.

La Figura 13 ilustra una mano robótica suave electrónica de ejemplo que incorpora cables eléctricos y electrónica montada en superficie de acuerdo con una o más modalidades.

La Figura 14A es una vista en perspectiva del actuador lineal que se extiende bajo presurización de fluido donde las tiras limitadas por deformación, conectadas por la unión, forman aros limitados por deformación radial a lo largo del actuador y, por lo tanto, promueven la extensión lineal.

La Figura 14B ilustra la estructura y fabricación de un dispositivo de red neumática plisada, en el que (a) es un molde de dos partes para litografía suave de estructuras de fuelle plisadas; (b) ilustra Kevlar™/Eco Flex™ prensado en molde y (c) muestra un Kevlar replicado™/Eco Flex™ abajo [las flechas indican la dirección en la que se aplica (b) el molde; (c) una vista en perspectiva del ensamblaje de un dispositivo de red neumática plisada que incluye una serie de cámaras plisadas interconectadas y una lámina resistente a la deformación, y (d) sellado del bramido contra un Kevlar™/Ecoflex TM plano [las flechas indican la dirección en la que se aplica el fuelle.

La Figura 14C es un diagrama esquemático que ilustra un proceso para fabricar un actuador de elongación con papel plegado en un patrón similar a un fuelle alrededor de un canal neumático cilíndrico de acuerdo con una o más modalidades, en el que (A) el papel plegado con el patrón de plegado que se muestra se inserta primero en un molde cilíndrico, (B) luego se vierte una pre mezcla de elastómero en el molde y se cura con el papel estampado incrustado; y (C) el canal neumático se completa sellando las caras superior e inferior del canal neumático.

Descripción detallada

Se puede fabricar un robot suave que tenga circuitos eléctricos integrados a partir de un cuerpo expansible, teniendo el cuerpo una entrada de presurización que se configura para comunicarse con una fuente de fluido; y una capa de deformación limitada asegurada a una porción del cuerpo expansible. La capa de deformación limitada incluye al menos un componente eléctrico. Un componente electrónico es cualquier dispositivo o entidad física utilizada para afectar a los electrones o sus campos asociados, o cuyo comportamiento o estado físico es alterado por los electrones o sus campos asociados. Por ejemplo, el dispositivo o entidad física puede medir una tensión, una corriente o una impedancia. Un componente electrónico también incluye un dispositivo o entidad física que amplifica, atenúa, filtra o conmuta señales electrónicas. Un componente electrónico también incluye un dispositivo o entidad física que realiza un trabajo mecánico o eléctrico en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados. Un componente electrónico también incluye un dispositivo o entidad física que emite radiación, tal como un LED, en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados. Un componente electrónico también incluye cualquier dispositivo o entidad física que cambie la temperatura en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados.

Ejemplos de componentes eléctricos incluyen líneas conductoras, electrodos, transistores, fotovoltaicos, detectores electroquímicos, baterías, almohadillas electroadhesivas, pantallas, transductores electromecánicos, altavoces, micrófonos, fotodetectores, antenas, osciladores, inductores, calentadores inductivos, condensadores, supercondensadores, electroimanes, resistencias, calentadores resistivos, relés, energía fotovoltaica, rectificadores, diodos, diodos zener, LED, OLED, CCD, bombas neumáticas o hidráulicas, válvulas de solenoide, válvulas de diafragma electroactivas, microcontroladores, puertas lógicas, amplificadores, amplificadores operacionales, interruptores, sistemas de posicionamiento global, puentes de piedra de trigo, filtros de paso de banda, filtros de paso bajo, filtros de paso alto, etiquetas RFID, generadores de chispas, inversores de potencia, convertidores de analógico a digital, dispositivos de imágenes ópticas, dispositivos de imágenes térmicas, actuadores de nitinol y sensores.

La construcción real del robot suave no es limitativa y el cuerpo expandible puede estar hecho, por ejemplo, de una pluralidad de cámaras expandibles interconectadas por fluido; donde la entrada de presurización se configura para comunicarse con la pluralidad de cámaras interconectadas expandibles, o se fabrica utilizando una o más cámaras elastoméricas configuradas para inflarse con la presurización fluídica. En otras modalidades, el cuerpo expandible está hecho de una o más cámaras flexibles o extensibles configuradas para desdoblarse o desplegarse tras la presurización fluídica. En otras modalidades, una capa de deformación limitada se puede envolver alrededor del cuerpo en forma de hélice para formar un actuador de torsión. Ver el documento WO 2012/148472; la Solicitud Internacional Núm. PCT/US13/28250 presentada el 28 de febrero de 2013; la Solicitud Internacional Núm. PCT/US13/22593 presentada el 22 de enero de 2013 y la Solicitud provisional de EE.UU. Núm. de serie 61/885092, presentada el 1 de octubre de 2013, y las Figuras 14A-14C, para una descripción no limitativa de actuadores suaves adecuados para usar en la presente invención, cuyo contenido se incorpora por referencia.

Como se usa en la presente descripción, un actuador suave contiene al menos una cámara que responde a una señal para realizar un movimiento. Un sistema de actuadores se puede integrar para formar un dispositivo, como un tentáculo suave. Un robot suave puede estar compuesto por un solo actuador o dispositivo, o una multitud de actuadores o dispositivos que, opcionalmente, tienen una función de control y/o computacional integrada dentro del propio robot o vinculada de alguna manera. Como se usa en la presente descripción, la referencia a un 'robot' puede incluir la modalidad de un solo actuador o un sistema de actuadores fabricado con una colección de actuadores suave. Un robot suave puede estar compuesto por un solo actuador suave o varios actuadores suaves con capacidades adicionales combinadas.

En ciertas modalidades, los robots suaves tienen canales integrados o redes de canales en un elastómero suave que se puede presurizar para proporcionar un accionamiento amplio y versátil. Los actuadores suaves del robot pueden estar hechos de una goma blanda (por ejemplo, elastómero) que define los canales. Los robots suaves también incluyen una capa de deformación limitada más rígida, pero todavía flexible, por ejemplo, flexible, que se extiende típicamente a lo largo de un lado de la red de canales. Se puede usar un material de módulo elástico alto para las secciones de la red donde la inflación no es deseable, mientras que puede usarse un material de módulo elástico bajo para las secciones de la red donde se necesita extensibilidad. Tras la presurización de los canales a través de aire (neumático) o fluido (hidráulico) o la despresurización de los canales por vacío, la red de elastómero se expande o se contrae en el caso de la despresurización, y la expansión o contracción del elastómero, respectivamente, se adapta al doblarse alrededor la capa de deformación limitada más rígida en el caso de la presurización y alrededor de la red de elastómero en el caso de la despresurización. En otras modalidades, los robots suaves pueden incluir cámaras que se despliegan o se desdoblan cuando se activan. En tales casos, el robot suave puede estar hecho de un material flexible, pero inextensible, ya que la expansión se acomoda desplegando o desdoblando el actuador alrededor de la capa limitadora de deformación en el caso de que la presurización y la contracción se acomodan plegando o doblando más alrededor de la capa plegada del actuador en el caso de aplicación de vacío. En una o más modalidades, se incorporan circuitos electrónicos y dispositivos electrónicos, tales como sensores, electrodos, transistores, pantallas, baterías, transductores electromecánicos, parlantes, sensores térmicos, sensores de deformación, sensores de presión, fotodetectores y similares capas limitantes del actuador del robot suave.

La deformación es una descripción de la deformación en términos de desplazamiento relativo de un cuerpo. Una deformación resulta de un estrés inducido por fuerzas aplicadas, en el caso aquí, por ejemplo, por la fuerza de presurización. Debido a que los materiales de menor rigidez o menor módulo elástico se deformarán en mayor grado que los materiales de mayor módulo elástico, los materiales de baja rigidez experimentan más deformación. Como resultado, la deformación en el material de mayor rigidez o mayor módulo elástico es menor o "limitada". Como se usa en la presente descripción, la capa o pared o porción del robot suave que se extiende, dobla, expande o despliega a una fuerza de umbral más baja es el miembro 'extensible' o de 'baja deformación'. La capa o pared o porción del mismo del robot suave que se extiende, dobla, expande o despliega a una fuerza de umbral más alta se denomina en la presente descripción la capa o pared o membrana de “deformación limitada”. El elemento también se denomina alternativamente miembro "limitador de deformación". En una o más modalidades, la capa limitadora de deformación es más del 10 % o más del 50 % o más del 100 % o más del 500 % más rígida (un intervalo limitado por cualquiera de los valores indicados anteriormente) que el cuerpo elastomérico expandible. En algunas modalidades, las capas de deformación limitada pueden adaptarse a deformaciones moderadas (por ejemplo, <35 % o 1-5 %, 5-10 %, 10-15 %, 15-20 %, 20-25 %, 25-30 % o un intervalo limitado por cualquiera de los valores indicados anteriormente).

En una o más modalidades, el robot suave puede incluir diferentes materiales, un material que forma la pared y/o las cámaras de actuación y otro material que forma la pared limitadora de deformación. Por ejemplo, la pared de accionamiento y/o las cámaras se pueden moldear a partir de un elastómero curable, prepararse mediante el uso de impresión 3D o litografía, o se pueden ensamblar apilando láminas de elastómero termoestable. La capa limitadora de deformación se puede aplicar a un lado de la red de canales ensamblada. La lista de materiales que se pueden utilizar con esta técnica es extensa y engloba elastómeros tales como látex, poliuretanos, siliconas, caucho vulcanizado para los materiales extensibles y tejidos tal como papel, Kevlar©, algodón, nailon, un elastómero relativamente más rígido, etc. para la membrana limitadora de deformación. Son posibles los compuestos mediante el uso de papel, textiles, fibra de carbono, vidrio o metal como materiales más rígidos incorporados en la capa limitadora de deformación.

En una o más modalidades, la capa limitadora de deformación es sustancialmente inextensible, pero flexible. Por ejemplo, la capa puede incluir fibras de refuerzo tal como papel, por ejemplo, fibras celulósicas, o Kevlar, por ejemplo, fibras de poliamida. En una o más modalidades, la capa limitadora de deformación se puede formar a partir de papel, poliéster, polietileno o lámina poliamida (Kevlar®). En otras modalidades, la capa limitadora de deformación puede presentar una deformación limitada o moderada, pero en cualquier caso una extensibilidad que es menor que la red neumática elastomérica. A manera de ejemplo, el miembro limitador de deformación puede ser elastómeros de silicona o poliuretano con una dureza Shore A de 30-80. Por ejemplo, si la capa limitadora de deformación tiene un Shore A de 1,4 a 1,6 veces el Shore A de la capa extensible, produce un actuador predominantemente de flexión con alguna extensión, donde, por ejemplo, entre 1,0 y 1,4 veces produce un actuador de extensión con una pequeña curva y > 1,6 veces produce un actuador de flexión casi sin extensión. En una o más modalidades, tanto la capa limitadora de deformación como la capa extensible se fabrican mediante el uso del mismo tipo de polímero, por ejemplo, la silicona va con la silicona y el poliuretano se empareja con los poliuretanos.

En una o más modalidades, el cuerpo expandible y la capa de deformación limitada pueden incluir los mismos materiales. Incluso si el material utilizado para fabricar la capa limitadora de deformación es el mismo que el utilizado para fabricar las cámaras neumáticas, aún puede ser limitador de deformación. Por ejemplo, la capa limitadora de deformación puede ser más gruesa que la capa neumática y, como resultado, sería mucho más difícil el estiramiento de la capa limitadora de deformación gruesa con relación a la capa neumática fina. En otro ejemplo, la capa neumática podría tener un fuelle de acordeón o una estructura plegada similar a un origami y la capa limitadora de deformación es una pared plana. En este caso, aunque tanto la capa neumática como la capa limitadora de deformación están hechas del mismo material rígido, la capa neumática plegada en acordeón u origami se desplegaría y doblaría alrededor de la losa plana utilizada para la capa limitadora de deformación al presurizarse, ya que es más fácil de desplegar una goma que estirar una goma. En otra modalidad, se usa el mismo elastómero para la capa limitadora de deformación y la capa neumática, pero la capa limitadora de deformación incluye además pulpa de fibra de manera que el material compuesto curado resultante es más rígido que el elastómero puro sin adulterar usado para fabricar la capa neumática. Alternativamente, la capa limitadora de la deformación podría fabricarse simplemente con un elastómero más rígido para su construcción con relación al elastómero utilizado para fabricar la capa neumática.

El componente eléctrico se puede diseñar para tolerar una cantidad limitada de deformación. A manera de ejemplo, las capas limitadoras de deformación pueden soportar deformaciones moderadas (< 50 %). Dado que es posible construir un actuador suave combinando un elastómero altamente extensible y uno menos extensible y dado que se ha desarrollado una plétora de componentes eléctricos que pueden soportar tensiones moderadas, se contempla un actuador suave con una capa limitadora de deformación electrónica extensible.

En algunas modalidades, por ejemplo, cuando los componentes eléctricos no pueden tolerar ninguna o poca deformación, se puede emplear una capa aislante de deformación. Una capa aislante de deformación puede ser un elemento rígido que se dispone entre el componente eléctrico y la capa subyacente de deformación limitada. La capa aislante de deformación sirve para restringir el estiramiento de la capa de deformación limitada situada debajo del dispositivo eléctrico rígido. Típicamente, puede usarse láminas de poliamida como Kapton como capa aislante de deformación. Las Figuras 6 y 10 son ejemplos de capas limitadoras de deformación que utilizan componentes rígidos. La capa aislante de deformación de poliamida en estos ejemplos sirve como elemento aislante de deformación con el fin de montar componentes electrónicos duros.

La Figura 1A es una ilustración de un ejemplo de robot suave electrónico 100 que incorpora circuitos y/o componentes electrónicos en la capa limitadora de deformación de acuerdo con una o más modalidades. En la modalidad actual, el dispositivo incluye una serie de capas que se apilan para formar un actuador suave laminado; sin embargo, el actuador suave puede fabricarse utilizando cualquier método adecuado, incluidos, entre otros, impresión 3D, moldeado, termoformado, fotolitografía y similares. En el ejemplo de modalidad actual, se prepara un actuador electrónico suave utilizando materiales acoplados térmicamente, en este caso láminas de poliuretano termoplástico (TPU). El actuador suave apilado incluye una capa de red neumática central 110 preparada a partir de elastómero termoplástico tal como poliuretano termoplástico (TPU). La capa neumática incluye una serie de cámaras 120 interconectadas fluidamente por el interconector 125. La Figura 1A muestra una vista ampliada de una sola cámara que detalla la cámara 120 y la interconexión de cámara 125. La capa de red neumática central 110 del robot electrónico suave 100 está flanqueada a ambos lados por láminas con respaldo de TPU 140 y 150. La lámina con respaldo de TPU 140 incluye una capa expandible y flexible 145, tal como spandex o látex, unida por calor a una lámina de TPU 146. La lámina con respaldo de TPU 150 incluye una lámina inextensible o moderadamente extensible 155 que incluye el circuito electrónico unido por calor a una lámina de TPU 156. Las láminas pueden variar en grosor y se seleccionan para proporcionar el equilibrio de elasticidad y resistencia deseado para el robot suave electrónico. La Figura 1B es una vista en despiezada ordenada de las láminas utilizadas para formar el robot electrónico suave. La Figura 1C es una fotografía de un robot suave electrónico que incluye iluminación LED en la capa limitadora de deformación que tiene las capas descritas en las Figuras 1Ay 1B.

Cargar la electrónica del dispositivo en la capa limitadora de deformación proporciona la doble ventaja de limitar la cantidad de deformación que probablemente experimente el circuito electrónico y proporcionar una capa limitadora de deformación para efectuar la actuación. Esto reduce la cantidad de "bienes inmuebles" que se deben proporcionar para acomodar la electrónica, ya que la capa limitadora de deformación cumple la doble función de actuador y placa de circuito. Además, es posible proporcionar una disposición multicapa o escalonada de los componentes electrónicos para reducir aún más los requisitos de espacio para el dispositivo electrónico, al mismo tiempo que permite que se introduzcan dispositivos más complejos en el robot suave. Ver, Electrónica extensible de alta densidad: Hacia un compuesto multicapa integrado, Adv Mater 22, 4030-4033 (2010), que se incorpora por referencia en su totalidad.

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como supercondensadores, como se describe p Na S 106 (51), 21490-21494 (2009); Adv Mater 23, 3751-3769 (2011); Adv Energy Mater 1, 917-922 (2011), pantallas como las descritas en Adv Mater 14, 1460-1464 (2002); Nat Mater 8, 494 (2009) y Science 321, 1468 (2008).

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como dispositivos fotovoltaicos como se describe Adv Mater 23, 3500-3505 (2011).

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como transistores como se describe en Jpn J Appl Phys 4804C181 2009; Adv Mater 234491-44962011; PNAS 105 4976-49802008; Science 2902123-21262000; Org Electron 11456-4622010; Solicitud Phys Lett 98124101 2011; Adv Mater 23654-6582011; o Dispositivo de electrones IEEE Lett 25792-7942004.

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como altavoces de audio como se describe en ACS Nano 54878-48852011 o Science 341 984-9872013.

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como sensores de deformación suave, tal como se describe en Lab Chip 112189-21962011 o Adv Mater 2014. Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como sensores táctiles capacitivos flexibles, como se describe en Adv Mater 242850-28562012.

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como LED montados en papel y elastómero, tal como se describe en Adv Funct Mater 2028-352010; Adv Mater 22 4030-40332010 o Nat Commun 39772012.

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como sensores neurales suaves como se describe en Adv Funct Mater 22640-651 2012.

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como sensores térmicos y de presión suave, tal como se describe en PNAS 1023512321-123252005.

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como fotodetectores suaves como se describe en Adv Mater 2013.

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como baterías, tal como se describe en J Mater Chem A 15505-5508 2013; Adv Mater 222065-2067 2010 o Nat Commun 41543201.

Los componentes eléctricos incorporados en la capa limitadora de deformación se pueden adaptar para funcionar como dispositivos de electroadhesión como se describe en 1997 Monkman An Analysis of Astrictive Prehension; 2008 Prahald y otros Electroadhesive Wall Climbing Robots; IROS13-Shen-ElectrostaticAdhesion; Monkman Industrial Robot AnInternational Journal 30326-3302003, cuyo contenido se incorpora por referencia.

Robot suave electrónico ilustrativo que incluye iluminación LED

En una o más modalidades, los robots suaves electrónicos capaces de actuar pueden prepararse mediante unión térmica de capas apiladas que tienen diferentes funcionalidades. En una o más modalidades, los robots electrónicos suaves se pueden fabricar usando el método de fabricación de alto rendimiento descrito en la solicitud de patente provisional de Estados Unidos copendiente con Número de serie 61/978573 que se presentó el 11 de abril de 2014, cuyo contenido se incorpora aquí como referencia. Se construyó un actuador suave iluminado que contiene iluminación LED en la capa limitadora de deformación mediante la preparación de un conjunto de láminas con respaldo de poliuretano termoplástico (TPU) junto con una lámina de TPU cortada en forma de una red neumática y luego apilando y acoplando estas láminas, como se discutió arriba y mostrado en la Figura 1A. Las propiedades termoplásticas de las capas permiten que las capas se unan térmicamente. Además, las hojas listas para usar están fácilmente disponibles, son económicas y fáciles de usar, lo que hace que la fabricación del robot suave electrónico sea económica. Este proceso podría realizarse muy rápidamente y potencialmente de manera rollo a rollo, permitiendo así la fabricación en grandes cantidades.

Los circuitos y dispositivos electrónicos se pueden incorporar a la capa limitadora de deformación usando métodos convencionales. Como se muestra aquí, un dispositivo y un circuito electrónico de ejemplo incluyen electrodos de plata 160 que se conectan eléctricamente a los LED 170. Los electrodos flexibles se construyeron sobre la capa inextensible mediante la impresión con plantilla de dos líneas paralelas de tinta de plata Ercon sobre papel de cromatografía Whatman Chr1, aunque podría ser cualquier forma de impresión (por ejemplo, huecograbado, serigrafía, deposición de vapor químico con enmascaramiento de sombras, impresión por microcontacto, impresión de inyección de tinta, etc.). Después del estarcido, la tinta se secó en un horno generando los electrodos de plata. A continuación, se fijó al papel una sección de tiras de luces LED con reverso adhesivo de 3M, que contiene 3 LED y una resistencia 180. Se usó tinta plateada para conectar los electrodos impresos con plantilla a los terminales positivo y negativo de la tira de LED. Tanto la electrónica flexible a base de papel como una hoja de spandex recibieron un respaldo elastomérico presionando con calor una hoja de TPU de 0,2 mm a 190 °C durante 2 min. A continuación, se cortó con láser una lámina de TPU de 2 mm de espesor para formar el patrón de la red neumática del actuador. Finalmente, el spandex con respaldo de TPU y la electrónica flexible se colocaron en ambos lados de la red neumática de TPU cortada con láser y la pila se presionó nuevamente con calor para el acoplamiento. El actuador suave resultante se muestra en la Figura 1C.

Robot suave electrónico capaz de agarrar (una mano blanda)

En una o más modalidades, los robots suaves electrónicos capaces de actuar pueden prepararse mediante el uso de un proceso de moldeo. Un material elastomérico extensible se funde en un molde para generar una red accionada por vacío, hidráulica o neumática flexible y estirable. La red está respaldada en un lado con una capa limitada de deformación inextensible o mínimamente extensible que incorpora componentes electrónicos en la capa limitadora de deformación. En algunas modalidades, las capas limitadoras de la deformación pueden acomodar deformaciones moderadas (por ejemplo, <35 %, o superior al 40 % o superior al 50 %, o en un intervalo entre 0,1-50 % y cualquier intervalo limitado por cualquiera de los valores indicados en la presente descripción).

En una o más modalidades, el componente electrónico incluye un sensor de deformación que permite monitorear la deformación experimentada por el robot suave durante la actuación. Por ejemplo, un robot suave electrónico puede incluir un robot que tiene actuadores que imitan el movimiento de una mano humana y el robot suave puede estar equipado con sensores de deformación que miden la curvatura de los actuadores durante la actuación.

Una aplicación prometedora de la robótica suave es la creación de una mano robótica blanda con el fin de crear una prótesis blanda o una mano para un robot colaborativo. En la Figura 3, una mano suave está integrada con sensores electrónicos para crear una mano que puede sentir su interacción con los objetos que está agarrando. La figura de la izquierda muestra una mano robótica suave, y la figura de la derecha muestra una mano robótica suave integrada con sensores apropiados (por ejemplo, sensores de temperatura, sensores de presión, etc.) para imitar las capacidades de detección de una mano humana.

Las Figuras 2A y 2B ilustran el procedimiento utilizado para fabricar la pinza manual neumática suave con sensores de curvatura integrados. Se utilizó litografía suave para fabricar la capa de accionamiento neumático mediante la fundición del prepolímero de silicona Ecoflex en un molde de plástico generado por impresión tridimensional. El sensor de deformación era un sensor de deformación piezorresistivo en una lámina de papel de mezcla de poliéster/celulosa. La capa limitadora de deformación electrónica flexible que contiene los sensores piezorresistivos se preparó usando un proceso de tres pasos como se ilustra en la Figura 2A. Primero, se unieron electrodos de aluminio a una lámina de papel con cinta adhesiva. A continuación, se usó una máscara de plantilla para imprimir sensores de curvatura hechos de una mezcla de humo negro y un polímero de polidimetilsiloxano, Sylgard 184 (c-PDMS), que solapaban parcialmente a los electrodos de aluminio. Las líneas de c-PDMS se curaron a 100 °C durante 10 min. Finalmente, el ensamblaje del actuador manual se completó colocando la capa de activación de polímero Ecoflex encima de la capa limitadora de deformación electrónica flexible a base de papel utilizando el prepolímero Ecoflex para unir las dos partes. Todo el papel recibió una fina capa de prepolímero de silicona Ecoflex para transformar el papel en un compuesto hermético. Después de curar el conjunto a 60 °C durante 1 h, el exceso de papel y polímero se recortó con unas tijeras.

El funcionamiento de la mano se muestra en las Figuras 3A-3M. La Figura 3A es una fotografía vista desde arriba del robot suave similar a una mano que muestra las redes neumáticas en la capa elastomérica extensible. La Figura 3B es una fotografía de vista inferior del robot suave similar a una mano que muestra la capa de deformación limitada con sensor piezorresistivo impreso. Las Figuras 3C-3G demuestran que cada 'dedo' del actuador similar a una mano se puede presurizar y accionar de forma independiente. Los actuadores de los dedos se pueden operar de forma independiente o en conjunto para efectuar movimientos típicos de la mano humana. Las Figuras 3H-3M, por ejemplo, demuestra la capacidad del robot suave con forma de mano para recoger un huevo de gallina.

Los sensores piezorresistivos c-PDMS impresos en la capa limitadora de deformación de la pinza permiten detectar la curvatura de cada dedo durante la operación. Cuando un dedo de la pinza se dobla con la presurización, su sensor de curvatura se estira. Este estiramiento disminuye la conectividad de la red de percolación del sensor aumentando así su resistencia. El papel en la capa limitadora de deformación está cerca del plano neutral de flexión (el plano neutral es la superficie dentro de una viga donde el material de la viga no está bajo estrés). Dado que los sensores están impresos por encima del plano neutral de flexión en el lado del papel que mira hacia la capa menos extensible, experimentan una fuerza de extensión durante la actuación. Si estuvieran impresos en el lado opuesto, los sensores experimentarían una fuerza de compresión durante la activación, lo que haría que la resistencia del sensor disminuyera. Después de liberar la presión de los canales neumáticos, los sensores c-PDMS recuperan completamente su forma y resistencia eléctrica originales. La resistencia de los sensores de deformación se puede monitorear y correlacionar con la cantidad de curvatura experimentada por cada actuador de dedo. Cada uno de los actuadores de los dedos se puede monitorear por separado. Las Figuras 4A-4E son gráficos de resistencia frente a curvatura (trazados con puntos de datos cuadrados) para cada uno de los actuadores de dedo del actuador suave similar a una mano. Este es un ejemplo de un componente electrónico en una capa de deformación limitada que es capaz de soportar tensiones moderadas. De hecho, la deformación moderada se utiliza por su capacidad de detección.

Un atributo de los robots suave electrónicos es que el circuito electrónico puede ser robusto y resistente al mal funcionamiento cuando se tensa o aplasta. Esta característica es atractiva en muchas aplicaciones, donde el robot está destinado a operar en condiciones peligrosas o en situaciones sin supervisión humana directa. Las Figuras 4A-4E muestran que el rendimiento de la electrónica flexible no se altera después de impactos repetidos con un martillo (datos representados con puntos de datos circulares). Como resultado, estos componentes electrónicos flexibles pueden sobrevivir a algunos de los entornos exigentes en los que se utilizarán actuadores suaves.

Robot suave electrónico con circuitos conductores en una capa inextensible

Los materiales básicos utilizados comúnmente para conducir electricidad (por ejemplo, cables, mallas conductoras, fibras conductoras agrupadas, etc.) pueden integrarse en actuadores suaves para realizar conexiones a componentes eléctricos integrados. Los robots suaves electrónicos pueden incluir una variedad de cables convencionales y otros materiales conductores, como conductores de alambre recto, conductores de alambre en un patrón en zigzag, conductores de alambre en un patrón serpentino, conductores de alambre en un patrón enrollado, haces de fibras metálicas y mallas metálicas. Véase, la solicitud provisional copendiente con el número de serie 62/009084 presentada el 6 de junio de 2014, para obtener más detalles sobre el uso de fibras metálicas en materiales compuestos conductores, cuyo contenido se incorpora en la presente descripción como referencia.

Como se muestra en las Figuras 5A-5E, se pueden incluir cables conductores en la capa limitadora de deformación de un robot suave. La Figura 5A es una ilustración de la capa neumática extensible 510 de un actuador suave en vista en planta y lateral. Las cámaras 520 y el canal de interconexión 530 se pueden formar, por ejemplo, por moldeo o litografía. La Figura 5B es una ilustración en sección transversal que muestra la combinación de una capa neumática extensible 510 y una capa limitadora de deformación 540 menos extensible de un actuador de flexión suave. La Figura 5C muestra la unión de un componente eléctrico ilustrativo 550 y los cables asociados 560, 560', 560" para suministrar y drenar corriente, así como también para transmitir señales. El componente eléctrico adjunto puede ser un componente eléctrico duro convencional o un componente eléctrico flexible y/o estirable (por ejemplo, baterías, supercondensadores, sensores mioeléctricos, sensores neurales, almohadillas electroadhesivas, pantallas, fotovoltaicos, detectores electroquímicos, transistores, altavoces, micrófonos, sensores de deformación, LED, sensores térmicos, sensores de presión, fotodetectores, unidades de medición de inercia, sensores táctiles capacitivos, resistencia de detección de fuerza, telémetros láser, telémetros acústicos) Tenga en cuenta que en esta ilustración el componente eléctrico está conectado a dos conductores pero cualquier número de conductores es posible y el número variará según los requisitos del sistema. Cuando la capa de deformación limitada no impone deformación sobre los hilos conductores, se pueden utilizar hilos rectos 560. Dado que los alambres convencionales no se pueden estirar, sino que se pueden doblar, se pueden moldear en estructuras dobladas de 560" (por ejemplo, patrones serpenteantes, helicoidales y en zigzag, etc.) para adaptarse mejor a la deformación experimentada por la capa menos extensible del actuador. En otras modalidades, se pueden usar haces de fibras metálicas y mallas metálicas 560' como cables conductores. La Figura 5D muestra la adición de elastómero sin curar 570 con el fin de asegurar los cables y la electrónica a la capa de deformación limitada. La Figura 5E muestra el actuador suave final con electrónica integrada. En la modalidad actual, esta capa está hecha de un elastómero por lo que es extensible. Por lo tanto, los alambres conductores se doblaron en un patrón serpentino y las redes conductoras como se muestra en la Figura 5C son posibles, ya que estas estructuras pueden alargarse, a través de la flexión, a medida que se estira la capa limitadora de deformación basada en elastómero.

Robot suave electrónico que tiene cables de serpentina mediante deposición por evaporación térmica

Depositar alambres en patrones serpenteantes es un método para adaptarse a la falta de coincidencia en la rigidez entre los materiales elastoméricos y los conductores rígidos, de acuerdo con una o más modalidades Este enfoque se puede utilizar para crear estructuras electrónicas en capas limitadoras de deformación que se estiran durante el accionamiento del dispositivo. Las Figuras 6A-6D muestran varios aspectos de un dispositivo eléctrico en un actuador suave que está cableado utilizando patrones de serpentina dorada. La Figura 6A muestra una ilustración en sección transversal de un actuador de flexión suave que incluye una capa neumática extensible y una capa de deformación limitada menos extensible. La Figura 6B es una ilustración esquemática que muestra la deposición de alambres sobre la capa limitadora de deformación. Los cables se depositan aplicando primero una máscara de sombra a la capa limitadora de deformación de un actuador suave y luego evaporando térmicamente una capa de adhesión de cromo seguida de una capa conductora de oro. La Figura 6C muestra el patrón serpentino resultante en la capa limitadora de deformación de un actuador suave después del proceso de evaporación térmica. En este ejemplo, un componente eléctrico duro (por ejemplo, un microcontrolador, un electroimán, una unidad de medición inercial, un dispositivo acoplado por carga, etc.) se conecta al actuador suave con la ayuda de una capa aislante de deformación de poliamida que sirve para restringir el estiramiento del elastómero ubicado debajo del dispositivo eléctrico rígido. Véase, por ejemplo, la Figura 6D.

Robot suave electrónico con componentes eléctricos apilados

En una o más modalidades, la capa de deformación limitada puede alojar capas apiladas de componentes eléctricos, que pueden funcionar como un condensador. El capacitor puede servir como varios tipos de dispositivos eléctricos, incluido un sensor táctil y un altavoz. La disposición multicapa o escalonada de los componentes electrónicos reduce aún más los requisitos de espacio para los dispositivos electrónicos. Una disposición multicapa de componentes eléctricos se ilustra con referencia a las Figuras 7A-7D. En este ejemplo, se depositan dos capas de tinta conductora sobre un actuador suave para crear una estructura que podría usarse como sensor de deformación, altavoz, micrófono, sensor táctil, transductor mecánico, capacitor o sensor de presión. Los líquidos y geles conductores (por ejemplo, eGaIn, grasa de carbono, hidrogeles, líquidos iónicos, etc.) se pueden utilizar para construir componentes electrónicos suaves. La Figura 7A proporciona una vista en planta de un alambre serpentino estampado litográficamente en la capa menos extensible de un actuador suave y una vista en sección transversal de un actuador suave que incluye una capa neumática extensible y una capa de deformación limitada menos extensible. El alambre serpentino se muestra en la superficie orientada hacia fuera de la capa de deformación limitada. La Figura 7B muestra la impresión por extrusión de una tinta conductora para la creación de un elemento conductor que puede funcionar, por ejemplo, como un transductor o sensor capacitivo. La tinta conductora se puede aplicar a la capa limitadora de deformación desde una jeringa presurizada montada sobre el actuador suave. La Figura 7C ilustra la siguiente etapa en el proceso de fabricación en el que el alambre y la tinta extruida se recubren con un elastómero curable. Esta etapa sirve para encapsular el patrón extruido para fijarlo al actuador, asegurar su conexión eléctrica al cable y proporcionar un material dieléctrico que separará las dos capas de tinta conductora en la electrónica suave final. Por último, se puede añadir una segunda capa de componentes conductores a la capa de deformación limitada, de la manera descrita anteriormente. La Figura 7D es una ilustración de una vista lateral del dispositivo terminado después de agregar un segundo cable, una capa de tinta conductora y una capa de elastómero.

Líquidos y geles conductores ejemplares se describen en Adv Mater233559-35642011; Adv Mater2013; Adv Funct Mater 2012; Adv Mater 2014; IEEE IROS 2011 y Science 341 984-987 2013, que se incorporan en la presente descripción como referencia.

Robot suave electrónico con galga extensiométrica integrada

Otro método para depositar líquidos para construir componentes electrónicos suaves es la impresión omnidireccional. Las Figuras 8A-8C ilustran cómo se usa la impresión omnidireccional para crear un medidor de deformación en una capa limitadora de deformación de un actuador suave. La Figura 8A es una ilustración de la capa extensible de un actuador suave. La capa extensible incluye una fina capa opuesta de material extensible separada de los espacios que definen las cámaras neumáticas. En la Figura 8B, se deposita una capa de elastómero sin curar sobre la fina capa opuesta de material extensible de la capa extensible y se imprime por extrusión un patrón de tinta conductora dentro de la capa de elastómero sin curar. Si la tinta tiene la misma densidad que el elastómero sin curar, será neutralmente flotante en el elastómero. Como resultado, cuando extruye la tinta en el elastómero no curado, no se hundirá ni flotará y, como resultado, podrá imprimir intrincados patrones 3D de tinta en el elastómero. El elastómero sin curar luego se cura para asegurar la traza conductora en la capa de deformación limitada. Cuando el elastómero cura, lo que resulta es una estructura de tinta 3D que queda atrapada en el bloque gomoso del elastómero. La Figura 8C es una vista en sección transversal y una vista en planta inferior del dispositivo después del curado del elastómero. El dispositivo incluye una capa menos extensible formada por una fina capa opuesta de material extensible separada de los espacios que definen las cámaras neumáticas, las huellas conductoras depositadas mediante impresión omnidireccional y un recubrimiento de elastómero curado. Los cables se insertan en los extremos de un canal incrustado de tinta conductora para generar el actuador suave terminado con un medidor de deformación incorporado. La impresión omnidireccional se describe en Adv Mater 2014, que se incorpora en la presente descripción como referencia.

Robot suave electrónico que exhibe electroadhesión

La electroadhesión es una tecnología de adhesión astrictiva controlada eléctricamente que se utiliza en aplicaciones como el agarre que a menudo requiere una unión reversible y sin adhesivo a un sustrato. Una almohadilla de electroadhesión típica consta de dos electrodos interdigitados estampados en la superficie de un material dieléctrico. Las Figuras 9A-9D ilustran la fabricación de un actuador suave con una almohadilla electroadhesiva incrustada utilizando un proceso de fabricación de escritura directa con láser. La Figura 9A muestra una lámina de elastómero tratada con plasma parcialmente sumergida en una solución de nanopartículas de plata. A continuación, la luz láser se enfoca en la interfaz entre la lámina de elastómero y la solución para sinterizar las nanopartículas de plata en la interfaz y asegurarlas a la lámina de elastómero. El foco del láser se escanea a través de la interfaz para crear el patrón de electrodos deseado. La Figura 9B es una vista superior de la lámina elastomérica estampada. La vista despiezada muestra los dedos interdigitados de los electrodos conductores. En la Figura 9C, se añade una fina capa de elastómero a la superficie de los electrodos para crear una capa dieléctrica, necesaria para el correcto funcionamiento de la almohadilla electroadhesiva. En la Figura 9D, finalmente la lámina de elastómero se une a la capa extensible de un actuador suave y los cables se unen a los dos electrodos con el fin de cargar el dispositivo. El patrón de metal en PDMS mediante sinterización por láser se describe en J Micromech Microeng 21, 095018 (2011), que se incorpora en la presente descripción como referencia.

Robot suave electrónico con componentes electrónicos en una capa moderadamente extensible

La creación de películas metálicas combadas es otro método para adaptarse a la falta de coincidencia en la rigidez entre los materiales elastoméricos y los conductores rígidos. La creación de una película combada se logra normalmente depositando una película sobre un sustrato elastomérico que se estira mecánicamente (aunque también se contempla la deposición sobre películas expandidas térmicamente). Después de la unión de la película, se elimina el estrés de elongación ejercido sobre el sustrato elastomérico, lo que permite que el sustrato se contraiga y doble la película depositada. Las Figuras 10A-10F ilustran la fabricación de alambres doblados mediante el modelado litográfico de material sobre una lámina elastomérica de PDMS deformada uniaxialmente. La Figura 10A muestra un método para generar una lámina de elastómero deformada mecánicamente, por ejemplo, sujetando los bordes y alargando la lámina. La lámina deformada se puede enmascarar, por ejemplo, utilizando una máscara de sombra, para definir el patrón de la película aplicada, como se muestra en la Figura 10B. Las regiones expuestas de la lámina de PDMS se pueden recubrir con metal. La Figura 10C muestra que el elastómero se trata primero con plasma y luego se recubre la muestra con oro y paladio. A continuación, la deformación aplicada mecánicamente se libera, lo que permite que la lámina elastomérica se contraiga, deformando el recubrimiento conductor, como se ilustra en la vista superior y lateral de la Figura 10D. Luego, se une un componente eléctrico adicional a la capa de PDMS sin deformación. La Figura 10E ilustra un componente eléctrico duro unido al actuador suave con la ayuda de una capa aislante de deformación de poliamida. Finalmente, en la Figura 10F, la capa limitadora de deformación está unida a una capa neumática más extensible para formar el actuador electrónico suave final.

Detalles adicionales en la fabricación de películas combadas se encuentran en Soft Matter 771772011; PNAS 104 156072007; J Vac Sci Technol A 22 1723-17252004; PNAS 105 18675-186802008; Actas de la IEEE 9381459­ 14672005 y Ciencias 311208-2122012, que se incorporan en la presente descripción como referencia.

Robot electrónico suave con un fotosensor en la capa menos extensible

Los componentes electrónicos estirables se pueden fabricar depositando materiales (por ejemplo, conductores, semiconductores, aislantes, etc.) en una estructura de soporte temporal seguido de la encapsulación de ese material en elastómero. En este ejemplo, se crea un actuador suave con sensores fotovoltaicos integrados utilizando este método. Con referencia a la Figura 11A, se aplica una máscara elastomérica a la superficie de una membrana filtrante de policarbonato para definir el patrón del primer material a depositar. A continuación, se vierte una dispersión de nanocables de oro sobre la máscara y se deja filtrar por la membrana. Este proceso elimina la fase líquida de la dispersión dejando atrás los nanocables de oro. A continuación, la película de nanocables de oro se enjuaga a fondo con etanol. La Figura 11B muestra la aplicación de nanocables de ZnO utilizando una segunda máscara. La segunda máscara se alinea sobre el patrón dorado seguido de la aplicación de una dispersión de nanocables de óxido de zinc y el posterior enjuague con etanol. En la Figura 11C, se vierte elastómero sin curar sobre la membrana del filtro para encapsular el patrón de nanocables de óxido de zinc y oro en el elastómero. A continuación, el elastómero se cura y la lámina elastomérica resultante se despega de la membrana del filtro. Finalmente, en la Figura 11D, se muestra la lámina elastomérica con nanocables estampados en vista lateral y superior, que forman una pluralidad de fotosensores. La lámina se une a la capa extensible de un actuador suave para formar el actuador electrónico suave final.

En Adv Mater 23 3500-35052011 y J Mater Chem C 2 1298-13052014 y Adv Mater 2013 se encuentran detalles adicionales sobre la fabricación de energía fotovoltaica estirable y la impresión de encapsulación de partículas, que se incorporan en la presente descripción como referencia.

Robot suave electrónico que incorpora un dispositivo de almacenamiento de energía blanda

Las baterías suaves, flexibles y/o estirables y los supercapacitores se han descrito anteriormente y pueden incorporarse en la capa menos extensible de un robot suave. Estos dispositivos de almacenamiento de energía pueden integrarse en la capa limitadora de deformación de un actuador suave para alimentar dispositivos asociados con la máquina blanda (bombas, sensores, válvulas de solenoide, actuadores de nitinol, etc.). Las Figuras 12A-12B muestran cómo se integra una batería alcalina suave en un actuador suave. En la Figura 12A, se usa un conjunto de cuatro baterías suaves, aunque podría ser cualquier número de baterías, conectadas en paralelo en la capa limitadora de deformación de un actuador suave. Las baterías primero podrían construirse individualmente, luego cablearse juntas y montarse en la capa extensible de un actuador suave. A continuación, las baterías y las conexiones eléctricas se encapsulan en un elastómero rígido para formar una capa limitadora de deformación eléctrica. La Figura 12B ilustra la construcción de una batería suave ejemplar que consiste en un MgO² cátodo y ánodo de zinc con un puente salino de hidróxido de potasio.

Aplicaciones para componentes electrónicos incorporados en una capa limitadora de deformación

Los sensores de presión y temperatura se pueden utilizar para pinzas suaves o extremidades protésicas suaves. Por ejemplo, los sensores de presión y temperatura listos para usar pueden incorporarse en un robot suave similar a una mano u otro robot suave de una manera similar a la descrita para incorporar una tira de LED en un actuador suave. Los sensores de presión podrían proporcionar información sobre la fuerza de agarre del dispositivo, mientras que los sensores de temperatura proporcionarían información sobre la temperatura de las superficies de contacto.

Los sensores de deformación suave se pueden usar como parte de un sistema de control de circuito cerrado para controlar el movimiento de los actuadores suaves. Por ejemplo, en el robot suave similar a una mano, a medida que cambia la resistencia del sensor, proporciona información sobre la ubicación de los actuadores de los dedos. En una modalidad, un sistema de bucle de control controla la presurización del actuador a una medida de resistencia preseleccionada, que se correlaciona con la ubicación de un dedo.

En una o más modalidades, el sensor de deformación se configura para proporcionar una medición de resistencia y la resistencia se correlaciona con una curvatura, posición o ubicación de la capa de deformación limitada.

En una o más modalidades, el sensor de deformación se configura para proporcionar una medición de capacitancia y la capacitancia se correlaciona con una curvatura, posición o ubicación de la capa de encalado de deformación. En cualquiera de las modalidades anteriores, el sensor de presión se configura para proporcionar una medición de presión y la medición de presión se correlaciona con la fuerza de agarre del robot suave.

En cualquiera de las modalidades anteriores, el sensor de temperatura es un termopar configurado para proporcionar una medición de tensión y la tensión se correlaciona con una temperatura de la capa de deformación limitada; en otras modalidades, el sensor de temperatura es un detector de temperatura de resistencia, termistor o diodo zener, por ejemplo, se mide la resistencia o la tensión para determinar la temperatura

El componente eléctrico puede proporcionar los componentes (por ejemplo, cables y válvulas) para un sistema de presurización/despresurización de fluidos distribuidos donde las válvulas están integradas con cada cámara en un sistema de actuador neumático, hidráulico o de vacío para que una gran cantidad de actuadores, en puntos dispares de un robot suave, pueda ser alimentado por un conjunto común de líneas de gas, líquido o vacío, respectivamente. Esto eliminaría la necesidad del diseño actual en el que un gran conjunto de líneas individuales de gas, líquido o vacío se ejecutan desde una fuente central para abordar actuadores individuales.

El componente eléctrico puede proporcionar iluminación proporcionada por actuadores suaves para escenarios de baja visibilidad en robótica colaborativa, robótica autónoma, robots de rescate remoto o dispositivos médicos. En una modalidad, el dispositivo médico puede ser un retractor quirúrgico. Por ejemplo, un retractor de tejido de autorretención puede equiparse con LED incrustados en la capa limitadora de deformación. Esta característica puede ayudar a mejorar la visibilidad en áreas difíciles de iluminar.

El componente eléctrico puede incluir sensores químicos o biológicos integrados en los actuadores suaves. Los sensores químicos o biológicos podrían incorporarse en herramientas quirúrgicas suaves para diagnóstico médico. Los sensores biológicos y químicos pueden diseñarse para detectar una variedad de analitos, tal como ferricianuro, iones de metales pesados, lactato, ácido úrico, potasio y sodio, por ejemplo. Por ejemplo, los electrodos de Ag/AgCl y de carbono se pueden imprimir con plantilla en la capa limitadora de deformación y el circuito se puede configurar para que funcione como un ciclovoltímetro. En otros ejemplos, el circuito eléctrico puede seleccionarse para funcionar como un detector de glucosa. Los glucómetros actuales usan tiras reactivas que contienen glucosa oxidasa, una enzima que reacciona con la glucosa en la gota de sangre y una interfaz para un electrodo dentro del medidor. Un robot suave puede incluir una conexión a un medidor externo al robot, o puede incluir un medidor en la capa limitadora de deformación. En otras modalidades, un conjunto de electrodos para un inmunoensayo y un circuito se pueden imprimir con plantilla sobre la capa limitadora de deformación.

El componente eléctrico puede incorporar pantallas de video o texto en robots suaves que interactúan con las personas. En particular, la creación de robots suaves con rostros generados digitalmente. En una o más modalidades, la capa limitadora de deformación puede incluir una pantalla LCD, LED, de electrohumectación, de plasma o de papel electrónico flexible u otra capa electrónica flexible; la capa electrónica podría usarse para mostrar imágenes u otras lecturas.

El componente eléctrico puede incluir transmisores y sensores acústicos o de presión para realizar exámenes físicos médicos (por ejemplo, mama, próstata, abdomen, testículo, pélvico femenino y para la detección de linfadenopatía, etc.). El robot suave electrónico puede ser, por ejemplo, un robot suave similar a una mano equipada con elementos piezoeléctricos en la capa limitadora de deformación. La pinza suave puede establecer contacto con un material de prueba, por ejemplo, próstata para realizar un examen de próstata, y los transmisores y sensores electrónicos proporcionan datos de examen.

El componente eléctrico puede incluir parlantes y micrófonos para interacción de audio con humanos como parte de un robot autónomo o de telepresencia remota. Equipar un robótico suave con parlantes y micrófonos electrónicos suaves le permite al robot "hablar" o interactuar con los sujetos.

El componente eléctrico puede ser sensores de conductividad e impedancia para la identificación de objetos o para la evaluación de tejidos vivos utilizando pinzas suaves. Se pueden medir la resistencia, la impedancia y la capacitancia. Por ejemplo, el robot suave electrónico puede ser un robot suave similar a una mano equipada con sensores de conductividad o impedancia en la capa limitadora de deformación. La pinza suave puede establecer contacto con un material de prueba y el sensor electrónico proporciona datos de examen.

El componente eléctrico puede incluir matrices de fotodetectores para realizar espectroscopia (IR, visible, UV, rayos X, etc.). Los fotodiodos se pueden incorporar en la capa limitadora de deformación como se hizo con los LED en la presente descripción. Los fotodiodos podrían usarse como parte de un espectrómetro.

El componente eléctrico puede incluir chips CCD flexibles o rígidos para la recopilación de imágenes en los campos de dispositivos médicos, diagnóstico médico, robótica colaborativa y automatización robótica.

El componente eléctrico puede incluir cables para transmitir potencia a actuadores musculares electrónicos suaves. La capa limitadora de deformación se puede utilizar para establecer un circuito capaz de suministrar potencia/energía a otras áreas del robot suave. Por ejemplo, se pueden incluir circuitos en la capa limitadora de deformación que dirige la energía eléctrica desde una fuente de batería (externa o integrada) a un sistema de actuación.

A menos que se definan, utilicen o caractericen de otro modo en la presente descripción, los términos que se utilizan en este documento (incluidos los términos técnicos y científicos) deben interpretarse con un significado coherente con su significado aceptado en el contexto de la técnica pertinente y no deben interpretarse en un sentido idealizado o excesivamente formal a menos que así se defina expresamente en este documento. Por ejemplo, si se hace referencia a una composición particular, la composición puede ser sustancialmente, aunque no perfectamente pura, ya que pueden aplicarse realidades prácticas e imperfectas; por ejemplo, la presencia potencial de al menos trazas de impurezas (por ejemplo, menos del 1 o 2 %) puede entenderse dentro del alcance de la descripción; asimismo, si se hace referencia a una forma particular, se pretende que la forma incluya variaciones imperfectas de las formas ideales, por ejemplo, debido a las tolerancias de fabricación. Los porcentajes o concentraciones expresados en este documento pueden representar por peso o por volumen.

Aunque los términos primer, segundo, tercer, etc. pueden usarse en la presente descripción para describir diversos elementos, estos elementos no deben limitarse por estos términos. Estos términos se usan simplemente para distinguir un elemento de otro. Por lo tanto, un primer elemento discutido más abajo podría denominarse un segundo elemento sin apartarse de las enseñanzas de las modalidades ilustrativas. Los términos espacialmente relativos, tal como "arriba", "abajo", "izquierda", "derecha", "delante", "detrás" y similares, se pueden usar en la presente para facilitar la descripción para describir la relación de un elemento a otro elemento, como se ilustra en las figuras. Se debe entender que los términos espacialmente relativos, así como las configuraciones ilustradas, pretenden abarcar diferentes orientaciones del aparato en uso u operación además de las orientaciones descritas en la presente descripción y representadas en las figuras. Por ejemplo, si el aparato en las figuras se gira sobre sí mismo, los elementos descritos como "abajo" o "debajo" de otros elementos o características entonces se orientarían "encima" de los otros elementos o características. Por lo tanto, el término ilustrativo "encima" puede abarcar tanto una orientación de encima como debajo. El aparato puede orientarse de cualquier otra manera (por ejemplo, girado 90 grados o en otras orientaciones) y los descriptores con relación al espacio usados en la presente descripción se interpretan en consecuencia. Aún más, en esta descripción, cuando se hace referencia a un elemento como "sobre", "conectado a", "acoplado a", "en contacto con", etc., otro elemento, puede estar directamente sobre, conectado a, acoplado a, o en contacto con el otro elemento o elementos intermedios pueden estar presentes a menos que se especifique de otra manera.

La terminología utilizada en la presente descripción tiene el propósito de describir modalidades particulares y no pretende ser una limitación de las modalidades ilustrativas. Como se usa en la presente descripción, las formas singulares, tal como "un" y "una" pretenden incluir las formas plurales también, a menos que el contexto indique lo contrario.

Se apreciará que, aunque se ha mostrado y descrito una secuencia particular de etapas con fines explicativos, la secuencia se puede variar en ciertos aspectos, o se pueden combinar las etapas, sin dejar de obtener la configuración deseada. Adicionalmente, las modificaciones a las modalidades descritas son posibles sin apartarse del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Un robot suave (100) que tiene un componente eléctrico integrado, que comprende:

un cuerpo expandible o colapsable (110), el cuerpo que comprende una entrada que se configura para comunicarse con una fuente de fluido; y

una capa limitada de deformación flexible (150) asegurada a una porción del cuerpo expandible o colapsable (110), en donde la capa de deformación limitada (150) incluye al menos un componente eléctrico, caracterizado porque el componente eléctrico comprende al menos uno de (a) un cable definido litográficamente dispuesto sobre la capa limitadora de deformación, (b) un cable conductor en serpentina, o (c) una pista conductora asegurada conforme a una capa limitada de deformación doblada.

2. El robot suave (100) de conformidad con la reivindicación 1, en donde la capa de deformación limitada (150) es inextensible.

3. El robot suave (100) de conformidad con la reivindicación 1, en donde la capa de deformación limitada (150) puede adaptarse a una deformación de menos del 35% o menos del 40% o menos del 50%, o la capa de deformación limitada puede adaptarse a una deformación en el intervalo de 0,1-50% de deformación.

4. El robot suave (100) de conformidad con la reivindicación 1, en donde el componente eléctrico comprende un dispositivo capaz de medir una tensión, una corriente o una impedancia.

5. El robot suave (100) de conformidad con la reivindicación 1, en donde el componente eléctrico comprende un dispositivo capaz de amplificar, atenuar, filtrar o conmutar señales electrónicas.

6. El robot suave (100) de conformidad con la reivindicación 1, en donde el componente eléctrico comprende un dispositivo capaz de realizar trabajo mecánico o eléctrico en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados.

7. El robot suave (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el componente eléctrico comprende un dispositivo que emite radiación en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados.

8. El robot suave (100) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el componente eléctrico comprende un dispositivo que cambia la temperatura en respuesta a un cambio en la tensión y/o corriente suministrados.

9. El robot suave (100) de cualquiera de las reivindicaciones 1-8, en donde la capa de deformación limitada (150) comprende dos o más capas y los componentes eléctricos están ubicados en al menos dos capas.

10. El robot suave (100) de acuerdo con la reivindicación 9, en donde los componentes eléctricos de las dos o más capas están interconectados mediante el uso vías eléctricas.

11. El robot suave (100) de acuerdo con la reivindicación 9, en donde los componentes eléctricos se configuran para funcionar como un capacitor.

12. El robot suave (100) de conformidad con la reivindicación 1, en donde el cuerpo expandible o colapsable (110) comprende una pluralidad de cámaras expandibles o colapsables interconectadas fluídicamente (120), y la entrada (125) se configura para comunicarse con todas o un subconjunto de la pluralidad de cámaras interconectadas expandibles (120), o en donde el cuerpo expandible o colapsable (110) comprende una o más cámaras elastoméricas (120) configuradas para inflarse con la presurización fluídica o colapsar con la despresurización, o en donde el cuerpo expandible o colapsable comprende (110) una o cámaras más flexibles o extensibles (120) configuradas para abrirse o desplegarse tras la presurización fluídica o cerrarse o plegarse tras la aplicación de la despresurización, o en donde el cuerpo expandible es un cuerpo moldeado, en donde el cuerpo expandible (110) comprende un cuerpo laminado.

13. El robot suave (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde el componente eléctrico se selecciona del grupo que consta de líneas conductoras, electrodos, transistores, fotovoltaicos, detectores electroquímicos, baterías, supercondensadores, sensores neurales, almohadillas electroadhesivas, pantallas, transductores electromecánicos, altavoces, micrófonos, fotodetectores telémetros láser, telémetros acústicos antenas, osciladores, inductores, calentadores inductivos, condensadores, supercondensadores, electroimanes, resistencias, calentadores resistivos, relés, energía fotovoltaica, rectificadores, diodos, diodos zener, LED, OLED, CCD, bombas neumáticas o hidráulicas, válvulas de diafragma electroactivas, válvulas de solenoide, microcontroladores, puertas lógicas, amplificadores, amplificadores operacionales, interruptores, sistema de posicionamiento global, puentes de Wheatstone, filtros de paso de banda, filtros de paso bajo, filtros de paso alto, etiquetas RFID, generadores de chispas, inversores de potencia, convertidores de analógico a digital, imágenes térmicas y sensores y, opcionalmente, en donde el sensor es uno o más sensores térmicos, sensores de deformación, sensores químicos, sensores biológicos, sensores de presión, sensores de presión barométrica, sensores de vacío, altímetros, sensores de conductividad, sensores de impedancia, unidades de medición de inercia, resistencias de detección de fuerza, telémetros láser, telémetros acústicos , magnetómetros, sensores de efecto Hall, magnetodiodos, magnetotransistores, sensores de campo magnético MEMS, micrófonos, fotodetectores, acelerómetros, sensores de giroscopio, sensores de flujo, sensores de humedad, quimiresistores, sensores de compuestos orgánicos volátiles, sensores de metales pesados, sensores de pH, sensores de sedimentación, sensores de ablación cardíaca, sensores mioeléctricos, narices electrónicas, sensores de gas, sensores de oxígeno, sensores de nitrógeno, sensores de gas natural, sensores VX, sensores de sarín, sensores de gas mostaza, sensores de tabún, sensores de soman, sensores de fosgeno, sensores de cloro gaseoso, explosivos detectores, sensores de acetona, sensores de nitrato de potasio, sensores de perclorato de potasio, sensores de amoníaco, sensores de narcóticos, detectores de metales detectores, detectores radiológicos y sensores de corriente.

14. Un método para operar un robot suave (100) que comprende:

proporcionar un robot suave (100) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-13; y

presurizar o despresurizar el cuerpo expandible o colapsable (110) para accionar el robot suave (100); proporcionar una entrada al componente eléctrico ubicado en la capa limitadora de deformación (150), en donde el componente eléctrico responde a la entrada para afectar a los electrones o sus campos asociados, o cuyo comportamiento o estado físico es alterado por los electrones o su campo asociado.