Mantarrayas inspiran al robot blando que nada más rápido hasta ahora

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Un equipo de investigadores ha batido su propio récord del robot blando que nada más rápido, inspirándose en las mantarrayas para mejorar su capacidad de controlar el movimiento del robot en el agua.

“Hace dos años, demostramos un robot blando acuático que era capaz de alcanzar velocidades medias de 3,74 longitudes de cuerpo por segundo“, afirma Jie Yin, autor correspondiente de un nuevo artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad Estatal de Carolina del Norte.

“Hemos mejorado ese diseño. Nuestro nuevo robot blando es más eficiente energéticamente y alcanza una velocidad de 6,8 longitudes de cuerpo por segundo.

Además, el modelo anterior sólo podía nadar en la superficie del agua. Nuestro nuevo robot es capaz de nadar hacia arriba y hacia abajo por toda la columna de agua“.

El robot blando tiene aletas con forma de manta raya y está hecho de un material que es estable cuando las aletas están bien abiertas.

Las aletas están unidas a un cuerpo de silicona flexible que contiene una cámara que se puede llenar de aire.

Al inflar la cámara de aire, las aletas se doblan, de forma similar al movimiento descendente que hace una mantarraya cuando bate sus aletas.

Cuando se deja salir el aire de la cámara, las aletas vuelven espontáneamente a su posición inicial.

“Al bombear aire a la cámara se introduce energía en el sistema“, afirma Haitao Qing, primer autor del artículo y estudiante de doctorado en la NC State.

“Las aletas quieren volver a su estado estable, por lo que al liberar el aire también se libera la energía de las aletas.

Eso significa que solo necesitamos un actuador para el robot y permite una actuación más rápida”.

El estudio de la dinámica de fluidos de las mantarrayas también desempeñó un papel clave en el control del movimiento vertical del robot blando.

“Observamos el movimiento de natación de las mantarrayas y pudimos imitar ese comportamiento para controlar si el robot nada hacia la superficie, nada hacia abajo o mantiene su posición en la columna de agua“, afirma Jiacheng Guo, coautor del artículo y estudiante de doctorado en la Universidad de Virginia.

“Cuando las mantarrayas nadan, producen dos chorros de agua que las hacen avanzar.

Las mantas alteran su trayectoria modificando su movimiento de nado.

Nosotros adoptamos una técnica similar para controlar el movimiento vertical de este robot nadador.

Todavía estamos trabajando en técnicas que nos darán un control preciso sobre los movimientos laterales”.

“En concreto, las simulaciones y los experimentos nos mostraron que el chorro descendente producido por nuestro robot es más potente que el chorro ascendente”, afirma Yuanhang Zhu, coautor del artículo y profesor adjunto de ingeniería mecánica en la Universidad de California, Riverside.

“Si el robot agita sus aletas rápidamente, se elevará.

Pero si disminuimos la frecuencia de actuación, esto permite que el robot se hunda ligeramente entre los movimientos de las aletas, lo que le permite sumergirse hacia abajo o nadar a la misma profundidad”.

“Otro factor que entra en juego es que estamos alimentando a este robot con aire comprimido“, afirma Qing.

“Esto es importante porque cuando las aletas del robot están en reposo, la cámara de aire está vacía, lo que reduce la flotabilidad del robot.

Y cuando el robot agita sus aletas lentamente, las aletas están en reposo con mayor frecuencia.

En otras palabras, cuanto más rápido agita las aletas el robot, más tiempo está llena la cámara de aire, lo que lo hace más flotante”.

Los investigadores han demostrado la funcionalidad del robot blando de dos maneras diferentes.

Primero, una iteración del robot pudo navegar por un recorrido de obstáculos dispuestos en la superficie y el suelo de un tanque de agua.

Segundo, los investigadores demostraron que el robot sin ataduras era capaz de transportar una carga útil en la superficie del agua, incluido su propio aire y fuente de energía.

“Este es un diseño de alta ingeniería, pero los conceptos fundamentales son bastante simples”, dice Yin.

“Y con una sola acción, nuestro robot puede desplazarse por un entorno vertical complejo.

Ahora estamos trabajando para mejorar el movimiento lateral y explorar otros modos de actuación que mejorarán significativamente las capacidades de este sistema.

Nuestro objetivo es lograrlo con un diseño que conserve esa elegante simplicidad”.

Fuente: Science Advances