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Patas porosas impresas en 3D reducen el consumo energético de robots
Patas porosas TPMS y un control de marcha aprendido reducen el consumo de batería de un robot cuadrúpedo hasta un 6,2% a 0.4–1.0 m/s.
Imagen: TechXplore
Un nuevo diseño de pata para robots cuadrúpedos redujo el consumo de batería hasta un 6,2%, según investigadores de Seoul National University of Science and Technology en la Republic of Korea. El sistema combina patas porosas impresas en 3D con un controlador basado en aprendizaje profundo por refuerzo que coordina la marcha del robot con el comportamiento elástico de las patas.
Los resultados, publicados en el International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology en 2026, se midieron a velocidades de marcha de 0.4 a 1.0 metros por segundo (0.9 a 2.2 mph). En comparación con patas sólidas convencionales, las nuevas patas redujeron el consumo de batería entre un 1,4% y un 6,2% manteniendo una locomoción estable.
Por qué las patas flexibles pueden ahorrar energía
Los robots cuadrúpedos emplean movimientos repetidos de las patas para tareas de inspección, transporte y búsqueda y rescate. A diferencia de los robots con ruedas, no pueden basarse principalmente en el rodado, por lo que mejorar la eficiencia de cada paso es un reto de ingeniería constante.
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Un enfoque habitual es añadir resortes u otros componentes elásticos a las patas. Estas partes absorben la energía del impacto cuando la pata aterriza y la liberan durante el empuje. Sin embargo, a bajas velocidades de marcha gran parte de esa energía almacenada puede disiparse en lugar de contribuir al avance del robot. La ineficiencia resultante también puede hacer que el robot sea menos estable.
Los investigadores abordaron el problema integrando el elemento elástico en la propia pata. Sus estructuras TPMS (superficie mínima triplemente periódica) utilizan redes porosas tridimensionales repetitivas. Las estructuras son ligeras, rígidas y capaces de absorber energía, con aplicaciones potenciales que incluyen neumáticos sin aire y agarres y articulaciones para robótica blanda.
«Al modular la rigidez de la pata y aprovechar la absorción y liberación pasiva de energía, el enfoque propuesto ofrece una alternativa práctica a los mecanismos de resorte montados en la pierna convencionales.»
Tres diseños de pata TPMS probados
El equipo diseñó e imprimió en 3D tres estructuras de pata hemisféricas:
- Primitive
- Gyroid
- Diamond
Ensayos de compresión midieron qué tan eficazmente cada diseño almacenaba y liberaba energía. Los investigadores seleccionaron la estructura diamond con una densidad relativa del 60% porque ofrecía la mejor combinación de flexibilidad y absorción de energía, minimizando al mismo tiempo la pérdida energética.
La pata optimizada se montó en el robot cuadrúpedo comercial RBQ-10. La primera imagen del estudio muestra la plataforma, su estructura de pata de tres grados de libertad, las dimensiones de los componentes y una comparación entre su pie convencional en forma de neumático y el módulo hemisférico TPMS. La segunda muestra las almohadillas porosas utilizadas en las pruebas. Crédito: International Journal of Precision Engineering and Manufacturing-Green Technology (2026); Dr. Jung-Yup Kim y Dr. Keun Park, Seoul National University of Science and Technology.
El aprendizaje por refuerzo adapta la marcha
Las patas por sí solas no generan automáticamente los ahorros reportados. Los investigadores entrenaron un controlador de aprendizaje profundo por refuerzo para evaluar estrategias de marcha según su consumo energético teniendo en cuenta cómo las estructuras TPMS se comprimían y recuperaban.
Esto permitió al robot sincronizar su marcha con el almacenamiento y la liberación pasiva de energía de las patas. Al reducir el trabajo mecánico requerido por los motores—y evitando movimientos correctivos innecesarios—el controlador ayudó al robot a explotar las patas conformes sin sacrificar la estabilidad.
«Estos resultados demuestran que las metastructuras TPMS, cuando se modelan y explotan adecuadamente mediante control basado en aprendizaje, pueden servir como componentes efectivos de moldeado de energía para una locomoción cuadrúpeda eficiente en energía.»
El estudio no informó un precio ni un calendario de disponibilidad para los módulos de pata TPMS. Identificó usos potenciales en interiores para servicios, inspección, logística y otras aplicaciones del mundo real para robots cuadrúpedos más silenciosos y energéticamente eficientes.
El artículo de investigación, “Energy-efficient Quadruped Robot Locomotion Via TPMS-Based Foot Design and Deep Reinforcement Learning,” fue escrito por Kang-Hui Lee y colegas. Su DOI es 10.1007/s40684-026-00895-5.
Quién informó sobre el estudio
Swati Mestri tiene una licenciatura en Ingeniería Electrónica y ha trabajado como editora de contenidos desde 2019.
Robert Egan tiene una licenciatura en biología matemática y un máster en escritura creativa.
Frontier Editor
Dan is our resident futurist, covering electric mobility, space exploration, and the smart home. He's interested in atoms just as much as bits. Whether it's a new battery chemistry, a reusable rocket, or a protocol that finally makes IoT devices talk to each other, Dan breaks down the engineering that pushes humanity forward.
vía TechXplore
