La tecnología podría impulsar el repertorio de los robots aéreos, permitiéndoles operar en espacios reducidos y resistir colisiones.
Si alguna vez ha alejado un mosquito de su cara, solo para que regrese una y otra vez, sabe que los insectos pueden ser notablemente acrobáticos y resistentes en vuelo.
Esos rasgos les ayudan a navegar por el mundo aéreo, con todas sus ráfagas de viento, obstáculos e incertidumbre general.
Estos rasgos también son difíciles de incorporar a los robots voladores, pero el profesor asistente del MIT Kevin Yufeng Chen ha creado un sistema que se acerca a la agilidad de los insectos.
Chen, miembro del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática y del Laboratorio de Investigación de Electrónica, ha desarrollado drones del tamaño de un insecto con una destreza y resistencia sin precedentes.
Los robots aéreos están propulsados por una nueva clase de actuador suave, que les permite soportar las tribulaciones físicas del vuelo en el mundo real.
Chen espera que los robots algún día puedan ayudar a los humanos polinizando cultivos o realizando inspecciones de maquinaria en espacios reducidos.
El trabajo de Chen aparece en la revista IEEE Transactions on Robotics.
Sus coautores incluyen al estudiante de doctorado del MIT Zhijian Ren, al estudiante de doctorado de la Universidad de Harvard Siyi Xu y al roboticista de la City University of Hong Kong Pakpong Chirarattananon.
Por lo general, los drones requieren espacios amplios y abiertos porque no son lo suficientemente ágiles para navegar en espacios reducidos ni lo suficientemente robustos para resistir colisiones en una multitud.
“Si observamos la mayoría de los drones hoy en día, suelen ser bastante grandes“, dice Chen.
“La mayoría de sus aplicaciones implican volar al aire libre.
La pregunta es: ¿se pueden crear robots a escala de insectos que puedan moverse en espacios muy complejos y desordenados? ”.
Según Chen, “el desafío de construir pequeños robots aéreos es inmenso”.
Los drones grandes generalmente funcionan con motores, pero los motores pierden eficiencia a medida que los encoge.
Por lo tanto, dice Chen, para los robots con apariencia de insectos “es necesario buscar alternativas“.
La principal alternativa hasta ahora ha sido emplear un actuador pequeño y rígido construido con materiales cerámicos piezoeléctricos.
Si bien la cerámica piezoeléctrica permitió que la primera generación de pequeños robots despegara, son bastante frágiles.
Y eso es un problema cuando está construyendo un robot para imitar a un insecto: los abejorros en busca de alimento soportan una colisión aproximadamente una vez por segundo.
Chen diseñó un dron diminuto más resistente utilizando actuadores blandos en lugar de duros y frágiles.
Los actuadores blandos están hechos de cilindros de goma delgados recubiertos de nanotubos de carbono.
Cuando se aplica voltaje a los nanotubos de carbono, estos producen una fuerza electrostática que aprieta y alarga el cilindro de goma.
El alargamiento y la contracción repetidos hacen que las alas del dron se muevan rápidamente.
Los actuadores de Chen pueden aletear casi 500 veces por segundo, lo que le da al dron una resistencia similar a la de un insecto.
“Puedes golpearlo cuando está volando y puede recuperarse“, dice Chen.
“También puede realizar maniobras agresivas como saltos mortales en el aire“.
Y pesa solo 0,6 gramos, aproximadamente la masa de un abejorro grande.
El dron se parece un poco a una pequeña cinta de casete con alas, aunque Chen está trabajando en un nuevo prototipo con forma de libélula.
“Lograr el vuelo con un robot de escala centimétrica es siempre una hazaña impresionante“, dice Farrell Helbling, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Cornell, que no participó en la investigación.
“Debido al cumplimiento inherente de los actuadores blandos, el robot puede chocar con obstáculos de manera segura sin inhibir mucho el vuelo.
Esta función es adecuada para vuelos en entornos dinámicos y desordenados y podría ser muy útil para cualquier cantidad de aplicaciones del mundo real “.
Helbling agrega que un paso clave hacia esas aplicaciones será desvincular los robots de una fuente de alimentación cableada, que actualmente es requerida por el alto voltaje operativo de los actuadores.
“Estoy emocionado de ver cómo los autores reducirán el voltaje operativo para que algún día puedan lograr un vuelo sin ataduras en entornos del mundo real“.
La construcción de robots similares a insectos puede proporcionar una ventana a la biología y la física del vuelo de los insectos, una vía de investigación de larga data para los investigadores.
El trabajo de Chen aborda estas cuestiones mediante una especie de ingeniería inversa.
“Si quieres aprender cómo vuelan los insectos, es muy instructivo construir un modelo de robot a escala“, dice.
“Puedes alterar algunas cosas y ver cómo afecta la cinemática o cómo cambian las fuerzas de los fluidos.
Eso te ayudará a entender cómo vuelan esas cosas “.
Pero Chen apunta a hacer más que agregar a los libros de texto de entomología. Sus drones también pueden ser útiles en la industria y la agricultura.
Chen dice que sus miniaéreos podrían navegar con maquinaria compleja para garantizar la seguridad y la funcionalidad.
“Piense en la inspección de un motor de turbina.
Querrá que un dron se mueva por [un espacio cerrado] con una cámara pequeña para verificar si hay grietas en las placas de la turbina “.
Otras aplicaciones potenciales incluyen la polinización artificial de cultivos o completar misiones de búsqueda y rescate después de un desastre.
“Todas esas cosas pueden ser un gran desafío para los robots a gran escala existentes”, dice Chen. A veces, cuanto más grande no es mejor.
Fuente: MIT
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