Ingenieros mecánicos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Virginia, liderando una colaboración con biólogos de la Universidad de Harvard, han creado el primer pez robótico que imita la velocidad y los movimientos del atún de aleta amarilla.
Su artículo “Robótica de atún: una plataforma experimental de alta frecuencia que explora el espacio de rendimiento de los peces nadadores”, se publicó el 18 de septiembre de 2019 en Science Robotics, una rama de la revista Science dedicada a los avances tecnológicos en ciencia robótica e Ingenieria.
Dirigido por Hilary Bart-Smith, profesora del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UVA, el proyecto de atún robótico nació de una Iniciativa de Investigación Universitaria Multidisciplinaria de US$7.2 millones de cinco años que la Oficina de Investigación Naval de EE. UU.
Bart-Smith estudia la natación rápida y eficiente de diferentes peces.
El objetivo del proyecto de Bart-Smith es comprender mejor la física de la propulsión de los peces, una investigación que eventualmente podría lograr el desarrollo de la próxima generación de vehículos submarinos, impulsados por sistemas similares a los de los peces mejor que las hélices.
Los robots submarinos también son útiles en una variedad de aplicaciones, como defensa, exploración de recursos marinos, inspección de infraestructura y recreación.
Sin embargo, mucho antes de que los sistemas de propulsión bioinspirados se vuelvan viables para uso público y comercial en vehículos tripulados y no tripulados, los investigadores deben ser capaces de comprender de manera confiable cómo los peces y otras criaturas se mueven a través del agua.
“Nuestro objetivo no era solo construir un robot. Realmente queríamos entender la ciencia de la natación biológica”, dijo Bart-Smith.
“Nuestro objetivo era construir algo en lo que pudiéramos probar hipótesis en términos de lo que hace a los nadadores biológicos tan rápidos y eficientes”.
El equipo primero necesitaba estudiar la mecánica biológica de los nadadores de alto rendimiento.
El profesor de biología de Harvard George V. Lauder y su equipo de investigadores midieron con precisión la dinámica de natación del atún de aleta amarilla y la caballa.
Utilizando esos datos, Bart-Smith y su equipo, el científico investigador Jianzhong “Joe” Zhu y el estudiante Ph.D. Carl White, construyó un robot que no solo se movía como un pez bajo el agua, sino que golpeaba su cola lo suficientemente rápido como para alcanzar velocidades casi equivalentes.
Luego compararon el robot al que llamaron “Tunabot” con especímenes vivos.
“Hay muchos documentos sobre peces robóticos, pero la mayoría de ellos no tienen muchos datos biológicos.
Así que creo que este documento es único en la calidad tanto del trabajo robótico como de los datos biológicos combinados en un solo documento”. Dijo Lauder.
“Lo que es fantástico con los resultados que presentamos en el documento son las similitudes entre la biología y la plataforma robótica, no solo en términos de cinemática de natación, sino también en términos de la relación entre la velocidad y la frecuencia del latido de la cola y el rendimiento energético. “,dijo Bart-Smith.
“Estas comparaciones nos dan confianza en nuestra plataforma y su capacidad para ayudarnos a comprender más sobre la física de la natación biológica”.
Las pruebas de Tunabot se llevan a cabo en un gran laboratorio en el Edificio de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial en UVA Engineering, en un tanque de flujo que ocupa aproximadamente un cuarto de la sala y en la Universidad de Harvard en una instalación similar.
El pez réplica sin aletas mide aproximadamente 25 cm de largo.
El equivalente biológico puede alcanzar hasta 2 metros de largo.
Una correa de hilo de pesca mantiene el robot estable, mientras que una luz láser verde atraviesa la línea media del pez de plástico.
El láser mide el movimiento fluido que arroja el robot con cada barrido de su cola fabricada.
A medida que la corriente de agua en el tanque de flujo se acelera, la cola y el cuerpo entero del Tunabot se mueven en un patrón de flexión rápida, similar a la forma en que nada un atún de aleta amarilla vivo.
“Vemos en la literatura de robótica de peces hasta ahora que hay sistemas realmente excelentes que otros han hecho, pero los datos a menudo son inconsistentes en términos de selección de medición y presentación.
Es solo el estado actual del campo de la robótica en este momento. Nuestro artículo sobre el Tunabot es importante porque nuestros datos completos de rendimiento establecen un nivel muy alto “, dijo White.
La relación entre biología y robótica es circular, dijo Lauder.
“Una razón por la que creo que tenemos un programa de investigación exitoso en esta área es por la gran interacción entre biólogos y robotistas”.
Cada descubrimiento en una rama informa a la otra, un tipo de ciclo de retroalimentación educativa que avanza constantemente tanto en la ciencia como en la ingeniería.
“No asumimos que la biología ha evolucionado hacia la mejor solución”, dijo Bart-Smith.
“Estos peces han tenido mucho tiempo para evolucionar hacia una solución que les permita sobrevivir, específicamente, comer, reproducirse y no ser comidos.
Sin restricciones por estos requisitos, podemos concentrarnos únicamente en mecanismos y características que promueven un mayor rendimiento, mayor velocidad , mayor eficiencia.
Nuestro objetivo final es superar la biología.
¿Cómo podemos construir algo que se parezca a la biología pero que nade más rápido que cualquier cosa que se vea en el océano? “
Fuente: Noticias de la Ciencia
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