Robot inspirado en una ardilla es capaz de saltar de rama en rama

Las ardillas son maestras del equilibrio y la agilidad, habilidades que los ingenieros intentan replicar en robots avanzados. ¿Podrán las máquinas alcanzar la destreza de estos pequeños acróbatas naturales?

Los ingenieros han diseñado robots capaces de arrastrarse, nadar, volar e incluso deslizarse como serpientes, pero ninguno se equipara a la destreza de una ardilla, que puede recorrer un laberinto de ramas, saltar sobre huecos peligrosos y aterrizar con precisión en las ramas más frágiles.

Biólogos e ingenieros de la Universidad de California en Berkeley, en Estados Unidos, están trabajando para cerrar esta brecha.

A partir de estudios sobre la biomecánica de los saltos y aterrizajes de las ardillas, han desarrollado un robot saltarín capaz de posarse en superficies estrechas con notable precisión.

Este avance marca un hito en el diseño de robots más ágiles, aptos para desplazarse entre vigas, armazones y cimbras en construcciones o para explorar entornos complejos como bosques densos y copas de árboles.

«Los robots actuales funcionan bien, pero ¿cómo llevarlos al siguiente nivel? ¿Cómo hacer que naveguen por terrenos difíciles tras una catástrofe, entre tuberías, vigas y cables?

Las ardillas lo lograrían sin problema; los robots, en cambio, aún son incapaces de hacerlo, señala Robert Full, profesor de Biología Integrativa en la UC Berkeley y coautor principal del estudio.

«Las ardillas son los atletas supremos de la naturaleza, añade Full en un comunicado de la UC Berkeley.

«Su capacidad para maniobrar y escapar es asombrosa. Queremos identificar las estrategias de control que les permiten realizar hazañas extraordinarias y usarlas para crear robots más ágiles».

Justin Yim, ex estudiante graduado de UC Berkeley y coautor del artículo, trasladó los hallazgos de Full y su equipo al desarrollo de Salto, un robot de una sola pierna creado en 2016 en UC Berkeley.

Salto ya podía saltar, hacer parkour y aterrizar, pero solo en superficies planas. El reto era lograr aterrizajes precisos en puntos específicos, como un palo estrecho.

«Si intentas saltar a un punto determinado, como al jugar a la rayuela, quieres clavar el aterrizaje sin perder el equilibrio, explica Yim, ahora profesor adjunto de Ciencias Mecánicas e Ingeniería en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign (UIUC).

Y añade:

Si sientes que vas a caer hacia adelante, mueves los brazos en molinete para corregir la posición; si sientes que vas a caer hacia atrás, probablemente te agaches.

Aplicamos este mismo principio en la programación del robot: si se inclina demasiado hacia abajo, se encoge; si se inclina demasiado hacia arriba, se estira para estabilizarse».

Con estas estrategias, Yim trabaja en un proyecto financiado por la NASA para diseñar un pequeño robot de una sola pierna que pueda explorar Encélado, una luna de Saturno con una gravedad 88 veces menor que la terrestre, donde un solo salto podría cubrir la longitud de un campo de fútbol.

Este nuevo diseño se fundamenta en un análisis biomecánico detallado de los aterrizajes de las ardillas, descrito en un artículo con Full como autor principal y el exestudiante graduado Sebastian Lee como primer autor.

Salto, acrónimo de Saltatorial Agile Locomotion on Terrain Obstacles, nació hace una década en el laboratorio de Ronald Fearing, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) de UC Berkeley.

Su capacidad para saltar, hacer parkour y aterrizar es el resultado de una estrecha colaboración entre los estudiantes de biología del Laboratorio Polipédico de Full y los ingenieros del Laboratorio de Milisistemas Biomiméticos de Fearing.

Durante cinco años, mientras Yim cursaba su doctorado en EECS, trabajó con el equipo de Full para aprovechar las habilidades de Salto en aterrizajes precisos.

Aunque el robot ya contaba con un volante de inercia motorizado o rueda de reacción que ayudaba a mantener el equilibrio, como cuando los humanos mueven los brazos para corregir su postura, esto no era suficiente para aterrizar con estabilidad en posiciones precarias.

Entonces, Yim decidió invertir los motores del robot y usarlos como frenos al momento del aterrizaje.

Sospechando que las ardillas usaban un mecanismo similar con sus patas, los equipos de biología y robótica trabajaron en paralelo para confirmarlo.

El equipo de Full instrumentó una rama con sensores que medían la fuerza perpendicular al aterrizar, así como el torque o fuerza de giro que las ardillas aplicaban con sus patas.

A través de mediciones en video y sensores de alta velocidad, descubrieron que, tras un salto, las ardillas ejecutan una especie de parada de manos en la rama, dirigiendo la fuerza del impacto a la articulación del hombro para minimizar el estrés en el cuerpo.

Luego, con almohadillas en los pies, agarran la rama y ajustan su postura para contrarrestar cualquier exceso de torque que pudiera hacerlas caer.

«El 86% de la energía cinética del aterrizaje se absorbe con las patas delanteras, explica Full.

Y añade:

Las ardillas hacen una parada de manos frontal sobre la rama y luego siguen ajustando su postura.

Si caen por debajo, generan un par de tracción con los pies; si están a punto de sobrepasar la rama, generan un par de frenado».

Más aún, ajustan la fuerza de frenado aplicada en la rama para corregir desviaciones.

«Si te excedes, reduces la fuerza de frenado para disminuir la inercia y recuperar la posición.

Si te quedas corto, generas más fuerza de frenado para aumentar la inercia y lograr un aterrizaje equilibrado», detalla Full.

Yim y Eric Wang, estudiante de la UC Berkeley, rediseñaron Salto para incluir fuerzas ajustables en las patas, complementando el torque de la rueda de reacción.

Gracias a estas mejoras, el robot logró aterrizar en una rama y mantener el equilibrio varias veces, a pesar de no contar con la capacidad de aferrarse con los pies.

Fuente: Science Robotics