Microrrobots sembradores

Unos científicos han ideado unos dispositivos minúsculos y sencillos, catalogables de robots en el sentido más simplificado de máquina automática, cuya estructura les permite anclar semillas de plantas en el terreno a su alrededor cuando las condiciones son las idóneas para la siembra.

Estos llamativos dispositivos son obra de un equipo integrado, entre otros, por Yaoye Hong y Shu Yang, de la Universidad de Pensilvania en la ciudad estadounidense de Filadelfia.

Cada robot consta de una fibra de no más de un milímetro de grosor, compuesta por dos materiales con propiedades muy distintas. El núcleo de la fibra está hecho de kevlar (un material empleado en chalecos antibala) que proporciona resistencia y rigidez. La parte exterior de la fibra está hecha de un elastómero de cristal líquido  que añade flexibilidad, capacidad de reacción y programabilidad. Juntos, ambos materiales almacenan energía al retorcerse y anudarse la fibra, y la liberan instantáneamente al calentarse lo suficiente.

El dispositivo se comporta como un resorte sujeto por un pestillo. En este caso, el pestillo es el nudo. Cuando la temperatura sube lo suficiente, la capa de elastómero de cristal líquido se contrae y se desenrosca, aflojando el nudo lo justo para provocar un desatado abrupto. En una fracción de segundo, la energía elástica almacenada se convierte en energía cinética con la que se ejecuta un movimiento rápido y vigoroso.

El resultado es espectacular. Un nudo de tan solo unos milímetros de longitud puede hacer que el robot salte casi dos metros en el aire, alcanzando así altitudes cientos de veces superiores a su propio tamaño.

Recreación artística del proceso por el cual estos robots programables se desanudan, saltan por los aires y penetran en la tierra, plantando semillas. (Imagen: The Yang Lab at Penn Engineering)

Al ajustar la topología del nudo, el material utilizado e incluso la forma en que se retuerce la fibra antes de atarla, los investigadores pueden programar el comportamiento que tras el despegue tendrá el robot.

Dependiendo del tipo de nudo hecho, el robot puede ejecutar diversas acciones. Por ejemplo, hay un nudo que le lleva a darse la vuelta. Otro le hace girar sobre sí mismo. Los nudos más complejos pueden autodesatarse por etapas, creando movimientos secuenciales que se asemejan a una breve rutina gimnástica en el aire.

Añadir un ala extiende ese control al medio aéreo. Inspirados por el descenso con autorrotación de las semillas de arce, el equipo adhirió un apéndice delgado, similar a una hoja, a la fibra. Dependiendo de la posición de ese apéndice a modo de ala en el nudo, el robot describe un arco hacia adelante y aterriza lejos. En otros casos, se curva hacia atrás, hacia su punto de partida, como un bumerán.

El ala también ayuda a dar una mayor estabilidad a los movimientos del robot y asegura una autorrotación continua durante el descenso. Más importante aún, la energía cinética transportada durante el salto puede canalizarse de manera que el robot se clave con fuerza en el suelo, de forma casi vertical.

Este último comportamiento es la base de una de las aplicaciones más prometedoras de este sistema: la siembra automática.

En investigaciones anteriores del grupo, se exploró el potencial de portadores de semillas autoenterrables hechos de chapas de madera higroscópicas. Las colas helicoidales podían girar y desenroscarse lentamente, generando la fuerza de perforación necesaria para que el portador de semillas se enterrara en el suelo. Sin embargo, esta acción de enterramiento dependía de la lluvia para activarse. Fuera del laboratorio, en entornos reales, esto generaba un rendimiento inconsistente.

Las lluvias intensas podían dañar o arrastrar las semillas en vez de ayudarlas a enterrarse. Y en ambientes secos, el sistema simplemente no se activaba. Además, la lentitud de la acción activada por la lluvia dificultaba que los portadores grandes de semillas se anclaran en el suelo, lo cual es fundamental para lograr una germinación exitosa.

El nuevo sistema reemplaza el agua por el calor. La luz solar, mucho más predecible en muchos entornos, puede activar el movimiento. En regiones cálidas, las superficies pueden alcanzar fácilmente las temperaturas necesarias para activar las fibras.

El impacto es significativo: el sistema de salto genera presiones de penetración aproximadamente 30 veces mayores que las ejercidas por los portadores de semillas activados por la lluvia. En experimentos iniciales, el equipo fijó semillas de pino y rúcula a los robots. Tras aterrizar y penetrar en el suelo, las semillas germinaron con éxito, lo que demuestra que esta es una posible vía hacia la reforestación autónoma o para aplicaciones agrícolas automatizadas.

Hong, Yang y sus colegas exponen los detalles técnicos de sus nuevos microrrobots en la revista académica Science, bajo el título “Programming touch-me-not knot topologies for rapid and diverse leaping and flying motions”. (Fuente: NCYT de Amazings)