El reino animal ha influido en varios diseños robóticos a lo largo de los años para responder a desafíos fundamentales en la propulsión y el movimiento, desde caballos hasta insectos. Ahora, las ranas son las últimas criaturas que inspiran a los robóticistas.
Como se observa en un nuevo estudio publicado el 18 de septiembre en la revista Science Advances, los investigadores exploraron cómo torcer varillas elásticas dobladas podría generar un “movimiento de chasquido” que permitió a un pequeño robot saltar o nadar. Este mecanismo podría emplearse para mejorar robots con energía limitada y aquellos que necesitan atravesar terrenos difíciles e incluso agua, según indicaron los científicos en el estudio.
También construyeron un prototipo para demostrar el trabajo. El robot del tamaño de la palma pesa apenas 3,4 onzas, o aproximadamente lo mismo que una baraja de cartas. Se desplaza alrededor de tres longitudes de su cuerpo por segundo, impulsándose hacia adelante con saltos cortos.
“La oportunidad más amplia es permitir que la mecánica del robot haga parte del trabajo que, de otro modo, requeriría motores más grandes o un control más complejo,” dijo Xiaonan (Sean) Huang, profesor asistente de robótica en la Universidad de Michigan y coautor principal del estudio, en un comunicado.
“Al programar cuándo una estructura elástica almacena y libera energía de forma rápida, podemos darle a los robots pequeños acceso a movimientos potentes y repetibles sin exigir de forma continua una alta salida del motor,” explicó Huang. “En el futuro, este principio podría ser útil para robots que deben navegar por terrenos complicados, superar obstáculos, reorientarse rápidamente o funcionar tanto en tierra como en agua.”
Movimientos de chasquido
Cuando una varilla flexible se dobla y sus extremos se hacen girar, puede llegar a un punto en el que cambia de forma para liberar la tensión acumulada, aseguraron los robóticistas. Sin embargo, este cambio no siempre ocurre de la misma manera. Algunas combinaciones de doblado y torcido hacen que la varilla adopte una forma gradual, mientras que otras obligan a que se produzca un chasquido rápido de una forma a otra, con el potencial de generar un empujón contundente.
El equipo utilizó modelado por ordenador y experimentación con un brazo robótico para deformar las varillas de manera repetida y hallar una forma óptima. En este caso, se decantaron por una hélice similar a un resorte enrollado para lograr la máxima liberación de energía de la varilla, reportó el equipo.
Con el mecanismo de propulsión ideal, el equipo diseñó y fabricó robots reales que utilizaban las varillas que realizan el chasquido para saltar. Las conectaron a un motor de giro, haciendo que las varillas dobladas se torsionaran hasta producir el movimiento de chasquido. Después, el motor desenrolló el giro y volvió a contorsionar la varilla.
“Como las reglas de diseño dependen de la forma de la varilla y de cómo se mueven sus extremos, funcionan a través de diferentes tamaños y escalas,” afirmó Khalid Jawed, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería de UCLA y coautor principal del estudio, en el comunicado. “Esto abre un camino prometedor hacia robots miniaturizados de apenas unos milímetros de tamaño que convierten pequeños movimientos de motor en ráfagas de movimiento potentes”, comentó Jawed, cuyo laboratorio trabajó en las simulaciones y en los experimentos con el brazo robótico.
La forma final del prototipo fue un robot con aspecto de rana, que poseía un par de varillas que realizan el chasquido en la parte trasera de su cuerpo principal. Las pruebas incluyeron saltos sobre una amplia gama de superficies, desde materiales sólidos como madera y vidrio, hasta superficies más desafiantes, blandas y resbaladizas que utilizaban materiales como cuero. Los científicos también evaluaron el robot al aire libre, sobre arena y césped, señalando que incluso podía trepar y descender escalones y, con accesorios de aletas, nadar.
Al usar solo una de las varillas que realizan el chasquido, el equipo permitió que el robot girara y, con un control remoto, recorriera un pequeño circuito de obstáculos.
