Diseñan un robot que crece como un pez: pasa de 60 centímetros a casi 3 metros
ROBÓTICA.
El sistema mantiene un patrón de natación similar al aumentar de tamaño y abre nuevas posibilidades para explorar y monitorizar ecosistemas acuáticos.
Tres prototipos de distinto tamaño demostraron que una misma arquitectura puede adaptarse a aguas poco profundas y grandes lagos. / Crédito: Universidad de Nueva York.
Un robot pez o robot acuático desarrollado por especialistas suizos y estadounidenses puede construirse a partir de un mismo diseño y adaptarse desde alrededor de medio metro de longitud hasta casi tres metros, una característica que podría facilitar el uso de robots biomiméticos tanto en pequeños arroyos como en grandes masas de agua. El estudio se ha publicado en la revista npj Robotics.
Un equipo de ingenieros de la Universidad de Nueva York, en Estados Unidos, y la Escuela Politécnica Federal de Lausana, en Suiza, ha presentado ScaFi, un robot inspirado en peces como el bacalao y la caballa. Estos peces nadan concentrando la mayor parte de su cuerpo inclinándose hacia el extremo de la cola, un estilo que, en la naturaleza, abarca una gama inusualmente amplia de tamaños corporales.
El robot posee una cola flexible y extensible hecha de varillas de fibra de vidrio. Un solo motor tira de dos tendones que se cruzan cerca del extremo de la cola, produciendo la curva en forma de S necesaria para un movimiento de natación similar al de un pez, según explica una nota de prensa.
Arquitectura preparada para crecer.
La principal novedad no está únicamente en que el robot pueda fabricarse en distintos tamaños, sino en que no es necesario rediseñar desde cero su mecanismo de propulsión. Los investigadores han creado una arquitectura parametrizable inspirada en los peces, en un patrón conocido como natación subcarangiforme, que como se indicó previamente aparece en especies de dimensiones y hábitats muy diferentes.
ScaFi combina una parte delantera rígida con una cola flexible formada por varillas de fibra de vidrio. El motor acciona dos tendones que se cruzan cerca del extremo posterior, haciendo que la cola adopte la curvatura necesaria. Al mover el agua mediante la flexión de su cuerpo, en lugar de recurrir a una hélice, el robot puede desplazarse de una forma más parecida a un pez real.
Un diseño escalable inspirado en la naturaleza.
Este planteamiento responde a un problema habitual de la robótica submarina. Los vehículos propulsados por hélices son eficaces en muchos entornos, pero sus partes móviles pueden engancharse con la vegetación, remover sedimentos o generar más perturbaciones para los animales que se pretende estudiar. Estas limitaciones son especialmente relevantes en arroyos poco profundos, zonas con abundante vegetación o investigaciones que requieren aproximarse a la fauna acuática sin alterarla demasiado.
Para conseguir que el mismo diseño funcione a diferentes escalas, los investigadores recurrieron a una regla de escalado: el elemento que cambia principalmente con la longitud del robot es el diámetro de las varillas de fibra de vidrio. Al aumentar el tamaño del conjunto, estas deben hacerse proporcionalmente más gruesas para conservar un comportamiento mecánico similar. El motor y el sistema de tendones cruzados, en cambio, mantienen la misma configuración básica.
Vídeo: el robot pez puede multiplicar por cinco su tamaño sin cambiar su forma de nadar. Crédito: Universidad de Nueva York / YouTube.
Pruebas en entornos reales.
El equipo construyó tres prototipos de aproximadamente 0,6, 1,1 y 2,9 metros de longitud, con lo que multiplicó por casi cinco el tamaño del robot entre el modelo más pequeño y el más grande. Los experimentos mostraron que, una vez ajustado el movimiento a las dimensiones del cuerpo, los tres conservaban una cinemática de nado muy similar. En las pruebas con el ejemplar pequeño, además, los investigadores observaron patrones de remolinos en el agua comparables a los producidos por peces reales.
La escalabilidad también se puso a prueba fuera del laboratorio. Los robots fueron utilizados en entornos reales: el modelo intermedio se probó en un curso de agua en Suiza, el más grande en el lago Lemán y el más pequeño en arroyos de apenas 15 a 30 centímetros de profundidad. Durante una de las pruebas en el arroyo, el robot continuó nadando incluso después de perder temporalmente la señal GPS.
Los desafíos del crecimiento.
Sin embargo, el experimento también revela que crecer no resulta igual de sencillo en todos los aspectos. Mientras los dos robots pequeños mostraron comportamientos energéticos similares, el modelo de 2,9 metros fue claramente menos eficiente y necesitó un motor diferente y más potente. Los autores apuntan al aumento de la inercia, la masa y las dificultades hidrodinámicas como posibles explicaciones, aunque todavía no han determinado cuál es el factor decisivo.
También apareció una relación entre tamaño, agilidad y estabilidad. El robot pequeño era el más maniobrable, pero tardaba más en recuperar su trayectoria después de recibir una perturbación. Los modelos mayores, por el contrario, eran menos ágiles pero resistían mejor los cambios bruscos de rumbo.
El resultado es una plataforma concebida para crecer mediante una misma arquitectura de diseño. Los investigadores consideran que este enfoque podría trasladarse a otros robots flexibles y adaptables, incluso fuera del medio acuático. Por el momento, ScaFi demuestra que la forma de nadar puede escalar con mucha más facilidad que el consumo energético, una diferencia que será clave para convertir este concepto en una herramienta práctica de exploración y monitorización ambiental.
Por: Pablo Javier Piacente.
Sitio Fuente: Levante / Tendencias21