Investigadores del Universidad de Illinois Urbana-Champaign han dado un salto significativo en el desarrollo de robots saltadores del tamaño de insectos capaces de realizar tareas en los pequeños espacios que a menudo se encuentran en entornos mecánicos, agrícolas y de búsqueda y rescate.
Un nuevo estudio dirigido por el ingeniero y científico mecánico Sameh Tawfick demuestra una serie de robots del tamaño de un escarabajo lo suficientemente pequeños para caber en espacios reducidos, lo suficientemente poderosos para maniobrar sobre obstáculos y lo suficientemente rápidos para igualar el rápido tiempo de escape de un insecto.
Los hallazgos se publican en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias. La investigación fue financiada en parte por el Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. a través de una subvención a Aimy Wissa de la Universidad de Princeton, una de las autoras del artículo.
Durante la última década, investigadores de Illinois y Princeton han estudiado la anatomía, la mecánica y la evolución del escarabajo clic. Un estudio de 2020 mostró cómo el escarabajo usa los músculos para doblar su cuerpo y bloquea esa energía elástica almacenada con una estructura anatómica llamada bisagra torácica. Cuando el escarabajo necesita, por ejemplo, escapar de un depredador, abre la bisagra, lo que permite que su cuerpo se desdoble rápidamente y lo propulse en el aire muchas veces más alto que la longitud de su cuerpo.
“Uno de los grandes desafíos de la robótica a pequeña escala es encontrar un diseño que sea pequeño, pero lo suficientemente potente como para moverse alrededor de obstáculos o escapar rápidamente de entornos peligrosos”, dijo Tawfick.
En el nuevo estudio, diminutos actuadores en espiral comprimen gradualmente un haz, lo que hace que se doble lentamente y almacene energía elástica. Los actuadores son para los robots lo que los músculos son para los animales: son los componentes que permiten el movimiento al convertir la energía en fuerza mecánica.
Se activa un cambio de forma rápido, llamado pandeo rápido, para liberar repentinamente la energía almacenada, lo que hace que el haz golpee bruscamente el suelo e impulse al robot hacia arriba.
“Este proceso, llamado cascada de pandeo dinámico, es simple en comparación con la anatomía de un escarabajo”, dijo Tawfick. “Sin embargo, lo simple es bueno en este caso porque nos permite trabajar y fabricar piezas a pequeña escala”.
Guiado por la evolución biológica y los modelos matemáticos, el equipo construyó y probó cuatro variaciones de dispositivos, aterrizando en dos configuraciones que pueden saltar con éxito sin intervención manual.
El equipo prevé que estos robots accedan a espacios reducidos para ayudar a realizar el mantenimiento de máquinas grandes, por ejemplo, turbinas y motores a reacción, tomando fotografías para identificar problemas.
“También imaginamos que los robots a escala de insectos son útiles en la agricultura moderna”, dijo Tawfick.
Jordan Berg, director de programa en la Dirección de Ingeniería de NSF, dijo que “estos investigadores se inspiran en la naturaleza para crear soluciones de ingeniería elegantes e innovadoras. Han demostrado que los actuadores contráctiles relativamente lentos pueden impulsar los movimientos de salto extremadamente rápidos y poderosos de un pequeño -robot a escala”.
