El robot blando que nada más rápido que cualquier otro

Inspirándose en la biomecánica de la mantarraya o manta gigante, unos robotistas han desarrollado un robot blando de bajo consumo que puede nadar más de cuatro veces más rápido que los anteriores.

Estos nuevos robots nadan de un modo similar al estilo mariposa de natación humana.

Hasta la fecha, los robots nadadores no han sido capaces de nadar más rápido que una longitud de cuerpo por segundo, pero muchos animales marinos, como por ejemplo las mantas, son capaces de nadar mucho más rápido, y de forma mucho más eficiente.

Teniendo en cuenta esto, el equipo de Yinding Chi y Jie Yin, de la Universidad Estatal de Carolina del Norte en Estados Unidos, se propuso inspirarse en la biomecánica de estos animales para desarrollar robots blandos más rápidos y con mayor eficiencia energética. Y lo han conseguido, a juzgar por lo que hacen los prototipos probados.

Los investigadores desarrollaron dos tipos de robots nadadores. Uno se construyó específicamente para dar prioridad a la velocidad, y es capaz de alcanzar velocidades medias de 3,74 longitudes de cuerpo por segundo. El otro robot fue diseñado para ser altamente maniobrable, con la capacidad de hacer giros bruscos a derecha o izquierda. Este prototipo de robot maniobrable es capaz de alcanzar velocidades de 1,7 cuerpos por segundo.

Prototipo de pruebas de uno de los dos nuevos robots nadadores. (Foto: Jie Yin / Yin Lab / NC State University)

Los investigadores que estudian la aerodinámica y la biomecánica utilizan lo que se conoce como número de Strouhal para evaluar la eficiencia energética de los animales que vuelan o que nadan. La máxima eficiencia de propulsión se produce cuando un animal nada o vuela con un número de Strouhal de entre 0,2 y 0,4. Los dos tipos de robot nadador diseñados por el equipo de Chi y Yin tienen números de Strouhal en este rango.

Los nuevos robots nadadores obtienen su potencia de natación de sus alas, que son "biestables", lo que significa que las alas tienen dos estados estables.

Cada ala es similar a un clip sujetador de cabello. Ese clip es estable hasta que se aplica una determinada cantidad de energía (doblándolo). Cuando la cantidad de energía alcanza el punto crítico, el clip de pelo adopta una forma diferente, que también es estable.

En los robots, las alas biestables están unidas a un cuerpo blando de silicona. Los usuarios controlan el cambio entre los dos estados estables de las alas haciendo bombear aire en las cámaras del cuerpo blando. Cuando esas cámaras se inflan y desinflan, el cuerpo se dobla hacia arriba y hacia abajo, obligando a las alas a moverse hacia adelante y hacia atrás.

La mayoría de los intentos anteriores de desarrollar robots que aleteen se han centrado en el uso de motores para proporcionar energía directamente a las alas. El diseño del equipo de Chi y Yin utiliza alas biestables que son accionadas pasivamente por el movimiento del sector central del cuerpo. Se trata de una diferencia importante, porque permite un diseño simplificado, que reduce el peso.

Chi y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus nuevos robots en la revista académica Science Advances, bajo el título de “Snapping for high-speed and high-efficient, butterfly stroke-like soft swimmer”. (Fuente: NCYT de Amazings)