Tradicionalmente, los robots siempre se han diseñado para realizar una tarea única y muy específica, pero los investigadores de la Universidad de Beihang están adoptando un enfoque muy diferente con su nuevo dron robótico que es capaz de operar bajo el agua con la misma facilidad que sobre el aire y que además copia un ingenioso mecanismo de las rémoras que le permite pegarse a objetos en movimiento.
Si piensas en un robot, probablemente te venga a la mente una de estas dos versiones: los avanzados humanoides que nos ha vendido la ciencia ficción, o los brazos articulados que realizan tareas repetitivas en las fábricas. El último enfoque es más o menos donde nos hemos centrado las últimas décadas, pero a medida que la tecnología alcanza lentamente lo que imaginaban los escritores de ciencia ficción, los ingenieros están comenzando a desarrollar autómatas capaces de realizar una variedad de acciones más amplia. Por ejemplo, Spot, el robot de Boston Dynamics, utiliza cuatro patas similares a las de un perro para navegar por diversos terrenos y llevar a cabo muchas misiones diferentes, desde la protección nocturna de las ruinas de Pompeya a la generación de detallados mapas 3D de zonas que resultan demasiado peligrosas para los humanos.
Este enfoque adaptable facilita que las empresas u organizaciones de investigación justifiquen el alto coste de un robot, pero lo que ha creado el Laboratorio de Biomecánica y Robótica de la Universidad de Beihang es verdaderamente único. Incluso con sus patas articuladas, Spot todavía se ve limitado a misiones en tierra. Pero este nuevo dron puede realizar tareas ya sea bajo el agua, sobre el aire o incluso ambas, sin necesidad de realizar ninguna modificación entre medias.
Si la mayoría de drones cuadricópteros aterrizasen sobre el agua, el piloto tendría que nadar hasta allí para rescatarlos de vuelta (y luego reemplazar la mayoría de sus componentes electrónicos). Este dron es diferente. Es completamente resistente al agua y cuenta con un conjunto de hélices autoplegables que se doblan sobre sí cuando operan a menor velocidad en el agua para maniobrar de forma más eficiente cuando el dron está sumergido. Luego se extienden automáticamente a medida que el dron sale del agua y se eleva sobre el aire. Los investigadores optimizaron el rendimiento del dron para que la transición agua-aire tan solo le tome alrededor de un tercio de segundo y, como si se tratase de una manada de delfines saltando sobre el agua, este dron es capaz de repetir varias transiciones agua-aire, realizando hasta siete de forma consecutiva en aproximadamente 20 segundos.
Al igual que con cualquier otro dispositivo electrónico, la capacidad autónoma de un robot a menudo está limitadas por la capacidad de sus baterías, y este es especialmente el caso de los drones voladores que dependen de cuatro motores eléctricos que giran constantemente para mantenerse en el aire. En entornos controlados de laboratorio, a menudo verás avanzados robots conectados a cables que les proporcionan una fuente de energía ininterrumpida, pero esta no es una opción para los robots pensados para explorar las profundidades del océano o para los que recopilan datos aéreos (o ambos, como ocurre en este caso).
Para aumentar drásticamente el alcance de este dron y ayudar a conservar la energía de la batería mientras viaja, los investigadores le dieron una mejora adicional inspirada en las rémoras, también conocidas como el pez ventosa, que usa un disco adhesivo en la parte superior de su cabeza para adherirse temporalmente a otras criaturas submarinas con el fin de hacer autostop y conservar energía.
Lo de que un dron aterrice sobre algún lugar mientras realiza una observación para así conservar la vida útil de la batería no es que sea una idea nueva, pero al igual que los robots en una fábrica, suelen utilizar unos mecanismos adaptados a ciertas superficies específicas, como unas garras articuladas para agarrarse a una rama. Pero con un dron robótico donde la flexibilidad es importante, los investigadores buscaron una forma más versátil para adherirse a una variedad de superficies: húmedas, secas, lisas, ásperas, curvas o incluso algunas que se muevan bajo el agua, donde las fuerzas del propio agua requieren un agarre extrafuerte.
El disco adhesivo que tienen las rémoras fue la solución perfecta, ya que incluye una fuerza integrada que les permiten permanecer adheridas a las superficies incluso con un contacto parcial. Hace dos años, Li Wen, uno de los investigadores y autores del artículo publicado hoy, formó parte de otro proyecto de investigación en la Universidad de Beihang que puso en práctica la ingeniería inversa para entender cómo funcionaba realmente el disco de las rémoras.
Esa investigación reveló que estos peces se adhieren a las superficies de forma muy parecida a como lo hace una ventosa, con una cresta ovalada flexible de tejido blando que crea un sello hermético. A medida que el agua sale del espacio entre la rémora y su anfitrión, la succión la mantiene en su lugar. La superficie del disco de las rémoras también está cubierta de rugosidades similares a las que tienes en el paladar, que pueden alargarse mediante contracciones musculares y así enganchar sus pequeñas espínulas para agarrarse aún más al anfitrión. Esas rugosidades también ayudan a crear compartimentos de succión más pequeños que mantienen el sellado incluso aunque el borde del disco no lo haga. A diferencia de una ventosa, que suelta su agarre en una superficie lisa cuando se levanta una pequeña parte de su borde, una rémora todavía se mantendrá sujeta.
El equipo pudo crear una versión artificial del disco de succión de una rémora a través de sistema de cuatro capas. Combinaron una capa ultraflexible en la parte superior con estructuras más rígidas debajo, así como una capa con una red de pequeños canales que se pueden inflar mediante líquido, reemplazando el tejido muscular vivo como una forma de acoplar las estructuras de laminillas para aumentar aún más la succión.
Instalado encima del dron sumergible, el mecanismo de succión le permite adherirse a una variedad de superficies, incluso a las que tengan una textura rugosa, a las que no sean perfectamente planas o a las que tengan un área de superficie más pequeña que el mecanismo de succión. Al igual que una rémora, el dron podría, al menos en teoría, encontrar un animal submarino (uno que no se asuste al menos de sus hélices giratorias) y pegarse a él encendiendo únicamente el mecanismo de succión, reduciendo así al mínimo el uso de su baterías. Se podría hacer lo mismo en el aire, aunque los desafíos para que el dron se pegase con éxito a otro elemento volador serían monumentales.