Inspirándose en cómo las hormigas se mueven a través de espacios estrechos al acortar sus patas, los científicos han construido un robot que atrae sus extremidades para navegar por pasajes estrechos.

El robot pudo encorvarse y caminar rápidamente a través de pasajes que eran más estrechos y cortos que él mismo , informan los investigadores el 20 de enero en Advanced Intelligent System s. También podría subir escalones y moverse sobre hierba, rocas sueltas, mantillo y granito triturado.

Tal generalidad y adaptabilidad son los principales desafíos de la locomoción de los robots con patas, dice el ingeniero en robótica Feifei Qian, que no participó en el estudio. Algunos robots tienen extremidades especializadas para moverse sobre un terreno en particular, pero no pueden meterse en espacios pequeños (SN: 16/1/19).

“Un diseño que puede adaptarse a una variedad de entornos con diferentes escalas o rigidez es mucho más desafiante, ya que se deben considerar las compensaciones entre los diferentes entornos”, dice Qian, de la Universidad del Sur de California en Los Ángeles.

En busca de inspiración, los investigadores del nuevo estudio recurrieron a las hormigas. "Los insectos son realmente una gran inspiración para diseñar sistemas de robots que tengan una actuación mínima pero que puedan realizar una multitud de comportamientos de locomoción", dice Nick Gravish, especialista en robótica de la Universidad de California, San Diego ( SN: 16/8/18 ). Las hormigas adaptan su postura para arrastrarse por espacios diminutos. Y no se ven perturbados por terrenos irregulares o pequeños obstáculos. Por ejemplo, sus piernas colapsan un poco cuando golpean un objeto, dice Gravesh, y las hormigas continúan avanzando rápidamente.

Gravish y sus colegas construyeron un robot bajo y robusto, de unos 30 centímetros de ancho y 20 centímetros de largo, con cuatro extremidades onduladas y telescópicas. Cada extremidad consta de seis tubos concéntricos anidados que pueden entrar entre sí. Además, no es necesario accionar o ajustar activamente las extremidades para cambiar su longitud total. En cambio, los resortes que conectan los segmentos de las piernas permiten que las piernas se contraigan automáticamente cuando el robot navega por un espacio estrecho y se estiran hacia atrás en un espacio abierto. El objetivo era construir estructuras mecánicamente inteligentes en lugar de robots algorítmicamente inteligentes.

"Es probable que sea más rápido que el control activo, [que] requiere que el robot primero detecte el contacto con el entorno, calcule la acción adecuada y luego envíe el comando a sus motores", dice Qian, sobre estas piernas. La eliminación de los componentes de detección y computación también puede hacer que los robots sean pequeños, baratos y que consuman menos energía.

El robot podría modificar el ancho y la altura de su cuerpo para lograr una gama más amplia de tamaños de cuerpo que otros robots similares. Los segmentos de las piernas se contrajeron para permitir que el robot se moviera a través de pequeños túneles y se extendiera cuando estaba bajo techos bajos. Esta adaptabilidad permitió que el robot se metiera en espacios tan pequeños como el 72 por ciento de su ancho total y el 68 por ciento de su altura total.

Al igual que las hormigas, un nuevo tipo de robot puede contraer sus patas para moverse a través de espacios estrechos y encorvarse para atravesar espacios más cortos que él. También puede subir escalones y moverse sobre hierba y rocas sueltas.

A continuación, los investigadores planean controlar activamente la rigidez de los resortes que conectan los segmentos de las piernas para ajustar el movimiento al tipo de terreno sin consumir demasiada energía. “De esa manera, puede mantener la pierna larga cuando se mueve en terreno abierto o sobre objetos altos, pero luego colapsa hasta la forma más pequeña posible en espacios reducidos”, dice Gravish.

Estos robots mínimos a pequeña escala son fáciles de producir y se pueden ajustar rápidamente para explorar entornos complejos. Sin embargo, a pesar de poder caminar por diferentes terrenos, estos robots son, por ahora, demasiado frágiles para búsqueda y rescate, exploración o monitoreo biológico, dice Gravish.

El nuevo robot da un paso más cerca de esos objetivos, pero llegar allí requerirá más que solo robótica, dice Qian. “Para lograr realmente estas aplicaciones se requeriría una integración de diseño, control, detección, planificación y avance de hardware”.

Pero ese no es el interés de Gravesh. En cambio, quiere conectar estos experimentos con lo que se observó originalmente en las hormigas y usar los robots para hacer más preguntas sobre las reglas de locomoción en la naturaleza (SN: 16/1/20).

"Realmente me gustaría entender cómo los insectos pequeños pueden moverse tan rápidamente a través de ciertos terrenos impredecibles", dice. "¿Qué tienen de especial sus extremidades que les permite moverse tan rápido?"

CITAS

E. Lathrop, MT Tolley y N. Gravish. Patas direccionalmente compatibles que permiten atravesar grietas en pequeños robots terrestres. Sistemas Inteligentes Avanzados. Publicado en línea el 20 de enero de 2023. doi: 10.1002/aisy.202200258.