Inspirándose en la biomecánica de la manta raya, los investigadores desarrollaron un robot blando de bajo consumo que puede nadar más de cuatro veces más rápido que los robots blandos de natación anteriores.
Los investigadores han desarrollado un robot blando de bajo consumo que puede nadar más de cuatro veces más rápido que los robots blandos de natación anteriores inspirándose en la biomecánica de la mantarraya. Desarrollados en la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC State), los robots se denominan «robots mariposa», porque su movimiento de natación se asemeja a la forma en que se mueven los brazos de una persona cuando nadan en estilo mariposa.
«Hasta la fecha, los robots blandos nadadores no han podido nadar más rápido que la longitud de un cuerpo por segundo, pero los animales marinos, como las mantarrayas, pueden nadar mucho más rápido y de manera mucho más eficiente», dice Jie Yin, autor correspondiente de un artículo sobre el trabajo y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State. “Queríamos basarnos en la biomecánica de estos animales para ver si podíamos desarrollar robots blandos más rápidos y con mayor eficiencia energética. Los prototipos que hemos desarrollado funcionan excepcionalmente bien”.
Inspirándose en la biomecánica de las mantarrayas, los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado un robot blando de bajo consumo que puede nadar más de cuatro veces más rápido que los robots blandos de natación anteriores. Los robots se denominan «robots mariposa», porque su movimiento de natación se asemeja a la forma en que se mueven los brazos de una persona cuando nadan en estilo mariposa.
Los investigadores desarrollaron dos tipos de robots mariposa. Uno fue construido específicamente para la velocidad y pudo alcanzar velocidades promedio de 3,74 longitudes corporales por segundo. Un segundo fue diseñado para ser altamente maniobrable, capaz de hacer giros bruscos hacia la derecha o hacia la izquierda. Este prototipo maniobrable fue capaz de alcanzar velocidades de 1,7 cuerpos de longitud por segundo.
«Los investigadores que estudian la aerodinámica y la biomecánica usan algo llamado número de Strouhal para evaluar la eficiencia energética de los animales que vuelan y nadan», dice Yinding Chi, primer autor del artículo y doctorado reciente. graduado de NC State. “La eficiencia de propulsión máxima se produce cuando un animal nada o vuela con un número de Strouhal de entre 0,2 y 0,4. Nuestros dos robots mariposa tenían números de Strouhal en este rango”.
Los robots mariposa derivan su poder de natación de sus alas, que son «biestables», lo que significa que las alas tienen dos estados estables. El ala es similar a una pinza para el cabello. Una pinza para el cabello es estable hasta que aplicas cierta cantidad de energía (doblándola). Cuando la cantidad de energía alcanza el punto crítico, la pinza para el cabello adopta una forma diferente, que también es estable.
Los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han desarrollado recientemente un nadador robótico suave rápido y eficiente que nada de forma similar al estilo de mariposa de los humanos. Puede alcanzar una alta velocidad de nado promedio de 3,74 longitudes corporales por segundo, cerca de cinco veces más rápido que los nadadores blandos similares más rápidos, y también una alta eficiencia de potencia con un bajo costo de energía. El nadador de tamaño pequeño es liviano y solo tiene 2.8 gramos. Tiene un cuerpo blando y un par de alas batientes biestables. El diseño del ala está inspirado en las horquillas biestables. El cuerpo blando puede doblarse hacia arriba y hacia abajo impulsado por aire neumático presurizado, lo que en consecuencia impulsa el rápido aleteo de las alas mediante un chasquido, un fenómeno que se observa a menudo en Venus atrapamoscas.
En los robots mariposa, las alas biestables inspiradas en pinzas para el cabello están unidas a un cuerpo de silicona suave. Los usuarios controlan el cambio entre los dos estados estables en las alas bombeando aire a las cámaras dentro del cuerpo blando. A medida que esas cámaras se inflan y desinflan, el cuerpo se dobla hacia arriba y hacia abajo, lo que obliga a las alas a moverse de un lado a otro con él.
“La mayoría de los intentos anteriores de desarrollar robots con aleteo se han centrado en el uso de motores para proporcionar energía directamente a las alas”, dice Yin. “Nuestro enfoque utiliza alas biestables que se impulsan pasivamente al mover el cuerpo central. Esta es una distinción importante, porque permite un diseño simplificado, lo que reduce el peso”.
El robot mariposa más rápido tiene solo una «unidad de accionamiento», el cuerpo blando, que controla ambas alas. Esto lo hace muy rápido, pero difícil de girar a la izquierda oa la derecha. El bot mariposa maniobrable esencialmente tiene dos unidades de accionamiento, que están conectadas una al lado de la otra. Este diseño permite a los usuarios manipular las alas en ambos lados, o «aletear» solo un ala, que es lo que le permite realizar giros bruscos.
“Este trabajo es una emocionante prueba de concepto, pero tiene limitaciones”, dice Yin. “Obviamente, los prototipos actuales están atados por tubos delgados, que es lo que usamos para bombear aire a los cuerpos centrales. Actualmente estamos trabajando para desarrollar una versión autónoma y sin ataduras”.
