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Las pulgas robóticas entran en acción
Se ha desarrollado una pulga robótica autónoma que es capaz de saltar casi 30 veces su altura, gracias a lo que podría decirse que es la goma elástica más pequeña del mundo.
Tirón: Diminutos motores de micro sistemas electromecánicos (MEMS) estiran una diminuta banda de goma de nueve micrones de grosor y dos milímetros de largo para permitir que un microbot se catapulta por el aire como una pulga.
Enjambres de tales robots podrían eventualmente usarse para crear redes de sensores distribuidos para detectar químicos o para propósitos de vigilancia militar, dice Sarah Bergbreiter , ingeniero eléctrico de la Universidad de California, Berkeley, que desarrolló los robots.
La idea es que estirar una banda de goma de silicona de solo nueve micrones de grosor puede permitir que estos dispositivos microrobóticos se muevan catapultándose en el aire. Las primeras pruebas muestran que los bots que funcionan con energía solar pueden almacenar suficiente energía para hacer que un robot de 7 milímetros salte 200 milímetros de altura.
Este salto balístico parecido a una mosca permitiría que estos sensores fueran móviles, cubriendo distancias relativamente grandes y superando obstáculos que normalmente serían un problema importante para los robots del tamaño de un micrómetro, dice Bergbreiter.
Dichos sensores podrían estar dispersos desde un avión, pero es posible que no aterricen en las posiciones más ideales, por lo que hacerlos móviles podría permitir que se reposicionen, aunque de manera algo aleatoria. Los sensores distribuidos en general le brindan una imagen completa, dice Bergbreiter. Esto se debe a que pueden proporcionar una resolución más detallada en un área más grande en comparación con los enfoques de detección no distribuidos más tradicionales.
Con los robots en miniatura, saltar es una buena opción si estás tratando de moverte por terrenos irregulares, dice Metin Sitti , profesor asistente en el laboratorio de nanorobótica del Instituto de Robótica de la Universidad Carnegie Mellon, en Pittsburgh. En ese tamaño, el problema crítico es la energía, por lo que es una buena opción para almacenar energía, dice.
Las impresionantes habilidades para saltar de insectos como las pulgas provienen de su capacidad para almacenar energía en una proteína elastomérica llamada resilina. Esto les permite almacenar una gran cantidad de energía y luego liberarla muy repentinamente como movimiento. Pero mientras los insectos almacenan la energía comprimiendo un elastómero, Bergbreiter optó por un sistema que lo estira.
Trabajando con Kris Pister como parte de la Proyecto Berkeley Smart Dust , que se creó para construir redes de sensores distribuidos que puedan comunicarse a largas distancias utilizando redes de malla, Bergbreiter tenía como objetivo dar a este tipo de sensores una movilidad útil. Creó una pequeña matriz de células solares para alimentar el dispositivo, un microcontrolador para gobernar su comportamiento y una serie de motores de micro sistemas electromecánicos (MEMS) sobre un sustrato de silicio. Los últimos se usaron como parte de un mecanismo de trinquete llamado motores de gusano de pulgada, que separan dos ganchos como un medio para estirar la banda de goma.
Bergbreiter, en colaboración con Smart Dust Project, creó la banda de goma cortando una tira circular de solo nueve micrones de grosor y dos milímetros de largo de una fina lámina de silicona utilizando un láser infrarrojo muy fino. Luego se enganchó al mecanismo de estiramiento del robot usando nada más que un par de pinzas de ultraprecisión, un microscopio estereoscópico y una mano firme. Esto fue un poco como jugar el juego de niños Operación, solo que más difícil, dice Bergbreiter.
Para probar el prototipo del robot, Bergbreiter lo conectó para que, en lugar de que el robot saltara, su pierna estuviera posicionada para patear un objeto. Esto le permitió calcular la energía liberada. Hasta ahora, Bergbreiter solo ha intentado estirar parcialmente la banda elástica, lo que lograría un salto de unos 12 milímetros para el robot de 10 miligramos. Sin embargo, dice que según los resultados de esta prueba, un tramo completo sería capaz de producir saltos de hasta 200 milímetros, y cubrirían aproximadamente el doble de terreno horizontalmente. Los resultados se presentarán la próxima semana en la Conferencia Internacional sobre Robótica y Automatización, en Roma, Italia.
El actual prototipo de siete milímetros de largo sigue siendo mucho más grande que una pulga. Pero Bergbreiter desea reducir el tamaño del robot a aproximadamente un milímetro, o el tamaño de una pulga. Además, todavía necesita agregar la pequeña celda solar fotovoltaica que se ha fabricado por separado. El siguiente paso es ponerlo todo junto, dice.
Uno de los beneficios de hacer robots a escala de insectos es que es posible generar velocidades de despegue muy altas. Ésta es la razón por la que los insectos pueden lograr saltos tan relativamente grandes. A medida que se reduce el volumen de un objeto, su masa disminuye a un ritmo mucho mayor, lo que a su vez permite grandes aceleraciones.
Sin embargo, existe una compensación. La resistencia aumenta a medida que te haces más pequeño, dice Bergbreiter. Entonces, el truco consiste en asegurarse de que el tamaño de los bots ofrezca suficientes beneficios en términos de aceleración para compensar el costo de cualquier resistencia adicional.
Pero generar este movimiento aún requiere más energía de la que el robot es capaz de extraer de su entorno a través de sus células solares. Este suele ser el caso de los robots autónomos, por lo que es necesario almacenar la energía, dice Chris Melhuish , profesor de robótica y director del Laboratorio de Robótica de Bristol en la Universidad de Bristol y la Universidad del Oeste de Inglaterra, Reino Unido.
Es probable que la única otra forma de cubrir distancias tan relativamente grandes sea a través del vuelo. Pero volar agrega un conjunto completamente nuevo de desafíos, dice Bergbreiter. Se requieren motores de muy alta potencia para batir las alas o impulsar una hélice, y dado el efecto que el viento puede tener en objetos tan pequeños, existen importantes problemas de control. Saltar, por otro lado, permitiría a los robots moverse distancias mucho mayores sin grandes requisitos de energía.