Los robots submarinos suelen utilizar hélices para desplazarse, pero esa solución no siempre resulta adecuada cuando el objetivo es estudiar ecosistemas delicados. Las hélices pueden engancharse con vegetación, remover sedimentos o alterar el comportamiento de los animales que los investigadores pretenden observar.
Por ese motivo, científicos de la Universidad de Nueva York y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) han desarrollado ScaFi, un robot que nada mediante movimientos ondulatorios similares a los de un pez y que, además, puede fabricarse a diferentes escalas sin tener que rediseñarlo completamente.
Un solo diseño para tres robots muy diferentes
Una de las principales dificultades de los robots inspirados en animales es que aumentar su tamaño no consiste simplemente en fabricar todas las piezas más grandes. Cuando cambian la longitud y el peso también cambian la resistencia del agua, la flexibilidad de los materiales y la cantidad de energía necesaria para avanzar.
ScaFi intenta resolver ese problema mediante un diseño paramétrico. Los investigadores construyeron tres versiones de 0,6, 1,1 y 2,9 metros de longitud, con pesos aproximados de 1,5, 2,4 y 11 kilos respectivamente.
Todos comparten la misma idea básica: una parte frontal rígida aloja el motor y la electrónica, mientras que la zona posterior está formada por una cola flexible construida con varillas de fibra de vidrio.
Un único motor mueve dos tendones cruzados situados a ambos lados de la cola. Cuando estos se tensan alternativamente, la estructura adopta una curvatura en forma de S y genera un movimiento parecido al de los peces que nadan principalmente utilizando la parte posterior del cuerpo.
El secreto está en la flexibilidad de la cola
Para que los tres tamaños se comportaran de manera parecida, los investigadores ajustaron el grosor de las varillas de fibra de vidrio.
Gracias a una relación matemática entre la longitud del robot y la rigidez necesaria, consiguieron que la cola mantuviera movimientos similares aunque el dispositivo multiplicara varias veces su tamaño. Esto permite adaptar el mismo concepto a diferentes ambientes sin desarrollar un robot completamente nuevo para cada misión.
El modelo pequeño podría introducirse en arroyos con apenas 15 a 30 centímetros de profundidad, mientras que la versión intermedia fue probada en una corriente de agua en Saint-Sulpice, Suiza. El modelo de casi tres metros se probó en aguas abiertas del lago Lemán.
Crecer también trae problemas
Las pruebas mostraron, sin embargo, que aumentar el tamaño tiene consecuencias.
El robot de 1,1 metros alcanzó las mayores velocidades absolutas, mientras que el modelo de 2,9 metros necesitó movimientos de cola más lentos y mostró un mayor coste energético. Su mayor masa y la resistencia hidrodinámica hacen que mantener la eficiencia sea más difícil a gran escala.
A cambio, los robots grandes demostraron una ventaja: eran más estables frente a perturbaciones externas y recuperaban mejor su trayectoria después de recibir impactos laterales.
Una herramienta para estudiar el agua
ScaFi todavía es una plataforma experimental, pero sus responsables consideran que el diseño podría utilizarse en el futuro para explorar y monitorizar ecosistemas acuáticos, especialmente aquellos donde los vehículos convencionales con hélices tienen dificultades.
La investigación, publicada en npj Robotics, demuestra así que un mismo robot inspirado en peces puede adaptarse desde un pequeño arroyo hasta aguas abiertas simplemente modificando algunos parámetros estructurales.
La clave no está en construir un pez robótico perfecto, sino en conseguir una arquitectura que pueda crecer o encogerse según el ecosistema que necesite explorar.
