Un brazo mecánico es una máquina que imita la acción de un brazo humano. Los brazos mecánicos están compuestos por múltiples vigas conectadas por bisagras accionadas por actuadores . Un extremo del brazo está sujeto a una base firme mientras que el otro tiene una herramienta . Pueden ser controlados por humanos directamente o a distancia . Un brazo mecánico controlado por computadora se llama brazo robótico . Sin embargo, un brazo robótico es solo uno de los muchos tipos de brazos mecánicos diferentes. [1]
Los brazos mecánicos pueden ser tan simples como pinzas o tan complejos como brazos protésicos. En otras palabras, si un mecanismo puede agarrar un objeto, sostener un objeto y transferir un objeto como un brazo humano, puede clasificarse como un brazo mecánico. [2]
Se han producido avances recientes para liderar futuras mejoras en el campo médico con prótesis y con el brazo mecánico en general. Cuando los ingenieros mecánicos construyen brazos mecánicos complejos, el objetivo es que el brazo realice una tarea que los brazos humanos comunes no pueden completar. [2]
Historia
Brazos robóticos
Los investigadores han clasificado el brazo robótico mostrando su aplicación industrial, aplicación médica y tecnología, etc. Fue introducido por primera vez a finales de la década de 1930 por William Pollard y Harold A. Roseland, donde desarrollaron un pulverizador que tenía unos cinco grados de libertad y un sistema de control eléctrico. El de Pollard fue llamado "primer aparato de control de posición". William Pollard nunca diseñó ni construyó su brazo, pero fue una base para otros inventores en el futuro. [3]
Otros brazos robóticos fueron inventados en 1961 por Unimate, evolucionando al brazo PUMA. En 1963, se diseñó el brazo Rancho, junto con muchos otros en el futuro. Aunque Joseph Engelberger comercializó Unimate, George Devol inventó el brazo robótico. Se enfocó en usar Unimate para tareas que son dañinas para los humanos. En 1959, se instaló un prototipo de Unimate de 2700 libras en la planta de fundición a presión de General Motors en Trenton, Nueva Jersey. La serie Unimate 1900 se convirtió en el primer brazo robótico producido para fundición a presión . Durante un período de tiempo muy corto, había producido al menos 450 brazos robóticos que se estaban utilizando. Sigue siendo una de las contribuciones más significativas de los últimos cien años. Con el paso de los años, la tecnología pareció evolucionar, ayudando a construir mejores brazos robóticos. No solo las empresas inventaron diferentes brazos robóticos, sino también las universidades. En 1969, Victor Scheinman de la Universidad de Stanford inventó el brazo de Stanford, donde tenía brazos accionados electrónicamente que podían moverse a través de seis ejes. Marvin Minsky, del MIT, construyó un brazo robótico para la oficina de Investigación Naval, posiblemente para exploraciones submarinas. Este brazo tenía doce articulaciones de libertad de un solo grado en este brazo eléctrico-hidráulico de alta destreza. Los robots se crearon inicialmente para realizar una serie de tareas que los humanos consideraban aburridas, dañinas y tediosas. [3] [4] [5]
Prótesis
Antes de la Era Moderna
La historia de las prótesis fue obra de tan grandes inventores. Las primeras y más antiguas partes del cuerpo en funcionamiento del mundo son dos dedos del Antiguo Egipto. Debido a su funcionalidad única, estos dedos son un ejemplo de un verdadero dispositivo protésico. Estos dedos de los pies soportan al menos el cuarenta por ciento del peso corporal. La mayoría de las prótesis se producirían después de un estudio intensivo de la forma de un ser humano mediante el uso de equipos modernos. Las prótesis también se utilizaron durante la guerra, incluso a finales de la década de 1480. Un caballero alemán, que sirvió con el emperador del Sacro Imperio Romano Germánico Carlos V, resultó herido durante la guerra. Aunque las prótesis eran caras, este miembro en particular fue fabricado por un especialista en armaduras. A los soldados se les permitió continuar su carrera debido a las prótesis. Los dedos podrían agarrar un escudo, sujetar las riendas de los caballos e incluso una pluma al redactar un documento importante. [6]
Era moderna
Con el paso del tiempo, el diseño de las extremidades también comenzó a centrarse en las especialidades de las personas. Por ejemplo, un pianista necesitaría un tipo de brazo mecánico diferente al de otros. Sus extremidades estarían muy extendidas y sus dedos medio y anular serían más pequeños de lo normal. Además, un diseño de brazo con puntas acolchadas en el pulgar y el meñique permitiría al pianista abarcar una serie de notas mientras toca su instrumento. [6]
La tecnología para las prótesis siguió evolucionando después de la Primera Guerra Mundial. Después de la guerra, los trabajadores volvían a trabajar, usando las piernas o los brazos debido a su capacidad para agarrar objetos. Este es uno de los diseños que permanece sin cambios durante el siglo pasado. Las personas con tales prótesis harían cosas cotidianas como conducir un automóvil, comer y mucho más. [6]
Brazos para la fabricación de automóviles
Sin el brazo mecánico, la producción de automóviles sería extremadamente difícil. Este problema se resolvió por primera vez en 1962 cuando se utilizó el primer brazo mecánico en una fábrica de “General Motors”. Con este brazo mecánico, también conocido como robot industrial , los ingenieros pudieron realizar tareas de soldadura difíciles. Además, la eliminación de las piezas fundidas a presión fue otro paso importante para mejorar las capacidades de un brazo mecánico. Con dicha tecnología, los ingenieros pudieron eliminar fácilmente el metal innecesario debajo de las cavidades del molde. A raíz de estos usos, la soldadura comenzó a ser cada vez más popular para los brazos mecánicos. [5]
En 1979, la empresa Nachi perfeccionó el primer robot motorizado para realizar soldadura por puntos . La soldadura por puntos es un proceso muy importante que se utiliza en la creación de automóviles para unir superficies separadas. Muy pronto, los brazos mecánicos se pasaron a otras compañías automotrices. [7]
A medida que se realizaban mejoras constantes, la Universidad Nacional de Singapur (NUS) decidió hacer aún más avances al inventar un brazo mecánico que puede levantar hasta 80 veces su peso original. Este brazo no solo expandió su fuerza de elevación, sino que el brazo también podría extenderse hasta cinco veces su longitud original. Estos avances se introdujeron por primera vez en 2012 y las empresas de automóviles pueden beneficiarse enormemente de este nuevo conocimiento científico. [7]
Brazos quirúrgicos
Los brazos quirúrgicos se utilizaron por primera vez en 1985 cuando se realizó una biopsia neuroquirúrgica. Aunque 1985 fue la primera vez que se realizó una cirugía con un brazo mecánico, los científicos han estado trabajando en el desarrollo de brazos quirúrgicos durante siglos. En 1495, Leonardo Da Vinci diseñó un brazo robótico complejo, que allanó el camino para los brazos quirúrgicos del futuro. [8]
En 1990, la FDA permitió que el sistema de Operador Sustituto Educativo Automatizado (AESOP) realizara procedimientos quirúrgicos endoscópicos. Sin embargo, esta no fue la única mejora que hizo la FDA . Si bien el sistema AESOP era más un sistema Computer Motion, el primer sistema quirúrgico surgió en 2000. En 2000, los descubrimientos de Leonardo Da Vinci llevaron al "Sistema de cirugía Da Vinci" a convertirse en el primer sistema de cirugía robótica aprobado por la FDA (Moran) . El diseño y la creatividad de Da Vinci de un brazo quirúrgico complejo se llevaron a cabo durante más de 500 años. [8]
Tipos
Brazos protésicos
Las prótesis pueden no parecer un brazo mecánico, pero lo son. Utiliza bisagras y un mazo de cables para permitir que un ser incapaz pueda realizar las funciones diarias. Han comenzado a crear brazos que toman la estructura de un brazo humano y, aunque parece un brazo de metal esquelético, se mueve como un brazo y una mano normales. Este brazo fue fabricado por la Universidad Johns Hopkins en 2015. Tiene 26 articulaciones (mucho más que los viejos brazos obsoletos) y es capaz de levantar hasta 45 libras. Este brazo tiene 100 sensores que se conectan a la mente humana. Estos sensores permiten que la persona con el brazo mueva el brazo como si fuera una parte más de su cuerpo. Las personas que han usado esta nueva prótesis pueden decir que realmente han podido sentir la textura, lo que finalmente convierte a las prótesis en una gran parte de la categoría de brazos mecánicos. [7]
Brazos rover
En el espacio, la NASA usó un brazo mecánico para nuevos descubrimientos planetarios. Uno de estos descubrimientos provino de enviar un rover a otro planeta y recolectar muestras de este planeta. Con un rover, la NASA puede simplemente mantener el rover en su planeta designado y explorar todo lo que quieran. Los brazos mecánicos también están unidos a las naves que actúan como estaciones de satélites en la atmósfera de la Tierra porque ayudan a agarrar los escombros que podrían causar daños a otros satélites. No solo eso, sino que también mantienen a los astronautas a salvo cuando tienen que ir a reparar la nave o el satélite. Ahora, el espacio no es donde están todos los rover con brazos mecánicos. Incluso el equipo SWAT y otras fuerzas especiales usan estos vehículos para entrar en un edificio o área insegura para desactivar una bomba, colocar una bomba o reparar vehículos. [9]
Brazos mecánicos cotidianos
Todos los días una persona puede estar usando un tipo de brazo mecánico. Muchos brazos mecánicos se utilizan para cosas muy comunes, como poder agarrar un objeto fuera de su alcance con el brazo mecánico de pinza. Un simple sistema de 3 articulaciones aprieta y libera el movimiento haciendo que la pinza se cierre y finalmente agarre el objeto deseado. Incluso los objetos que pueden parecer súper simplistas como pinzas pueden clasificarse como un brazo mecánico. Este simple objeto se usa millones de veces al día, todo gracias a la ayuda de un ingeniero que hizo un diseño simple pero excelente. [10]
Modificaciones y avances
Tejido muscular para brazos mecánicos
La Universidad Nacional de Singapur ha comenzado a fabricar tejido muscular artificial para poder colocarlo en brazos mecánicos para ayudar a las personas a levantar cargas pesadas. Este tejido artificial puede levantar hasta 500 veces su propio peso. Dependiendo de la cantidad de tejido que coloquen los ingenieros en el brazo mecánico, mayor fuerza de elevación tendrá el brazo. Un adulto humano normal y bien desarrollado pesa alrededor de 160 a 180 libras. Ahora, una persona que pese tanto podría levantar un objeto que pesa alrededor de 80.000 libras. Esto haría que los sitios de construcción fueran mucho más seguros, pudiendo simplemente caminar con los suministros de construcción en lugar de usar una grúa que puede colapsar debido a las inclemencias del tiempo. Pronto, los vehículos utilitarios para la construcción pueden ser cosa del pasado. [11]
Brazos mecánicos del sensor
Los nuevos brazos mecánicos que se utilizan para prótesis están comenzando a ganar sensores que, con la ayuda de un chip adherido a la médula espinal, permiten que una persona mueva el brazo. Dado que los sensores se pueden programar fácilmente para tener una mayor sensibilidad a cualquier cosa que toque el sensor, las personas con brazos protésicos también podrán sentir el objeto que están tocando. Con esto, una persona podría sentir hasta la más mínima vibración. Esto podría ser un peligro y algo bueno. Puede poner en peligro al ser humano porque si se lo trata con mucha presión, la persona con la prótesis puede sufrir un dolor severo. Además de recuperar el sentido del tacto, también se puede sentir más conciencia del peligro que se avecina. [12] [13]
Brazos mecánicos realistas
Los brazos mecánicos realistas, junto con los brazos humanos comunes, son tan similares que puede ser difícil distinguir entre los dos. La razón de esto es que un aerosol, que coloca un abrigo en el brazo protésico, hace que el brazo parezca real. Esta fantasía futurista comienza a convertirse en una realidad. Los científicos incluso están comenzando a crear pieles artificiales tipo manga para mantener un brazo protésico con el aspecto de un brazo normal. Esto permitirá que las personas con prótesis no se sientan cohibidas por su brazo robótico. [4]
Ver también
Referencias
- ^ "¿Qué es la ingeniería mecánica?" . Ingeniería Mecánica . Universidad de Columbia . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
- ^ a b Harris, Tom (2002). "Cómo funcionan los robots" . HowStuffWorks Science . HowStuffWorks . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
- ^ a b Heffernan, Jacob. "Historia del brazo robótico" . Proyecto principal de IPT . Weebly . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
- ^ a b Scheinman, Víctor. "Robots y sus brazos" . Stanford.edu . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
- ^ a b "Unimate - El primer robot industrial" . Robótica en línea . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
- ^ a b c Park, William (2015). "BBC - futuro - los genios que inventaron prótesis" . BBC News . BBC . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
- ^ a b c "La robótica primero: el equipo de ingeniería fabrica músculos artificiales que pueden levantar cargas 80 veces su peso" . Phys.org . 2013 . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
- ^ a b Samadi, David. "Historia y futuro de la Cirugía Robótica" . Oncología robótica . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
- ^ Mayo, Sandra (2015). "Brazo robótico" . NASA . NASA . Consultado el 1 de marzo de 2017 .
- ^ Moran, Michael E. (2007). "Evolución de los brazos robóticos" . Revista de Cirugía Robótica . 1 (2): 103-111. doi : 10.1007 / s11701-006-0002-x . PMC 4247431 . PMID 25484945 .
- ^ Murphy, Mike (2015). "Este brazo robótico protésico controlado por la mente le permite sentir realmente lo que toca" . Cuarzo . Cuarzo . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
- ^ "Prótesis, controladas por el pensamiento" . The New York Times . 2015 . Consultado el 13 de febrero de 2017 .
- ^ Regalado, Antonio (2014). "El Experimento del Pensamiento" . Revisión de tecnología del MIT . Tecnología MIT . Consultado el 13 de febrero de 2017 .