Un pequeño insecto robótico de cuatro alas vuela más como si fuera real

Muchos insectos son voladores poderosos y ágiles. Una de las razones es que la mayoría tiene cuatro alas, lo que les da un control preciso sobre su dirección de vuelo y su orientación a través del ajuste de cabeceo, balanceo y guiñada.

En los últimos años, aerodinámicos, ingenieros y especialistas en robótica han intentado copiar el vuelo de los insectos mediante la construcción de pequeños robots voladores. Lo principal que han descubierto es lo difícil que es esto.

Un robot de cuatro alas (derecha) junto a un diseño de dos alas y un centavo estadounidense

Una de las máquinas voladoras más pequeñas jamás construidas se llamaba RoboBee; fue propulsado por dos alas batientes, cada una impulsada independientemente por su propio actuador diminuto. De hecho, RoboBee solo fue posible gracias al desarrollo de estos pequeños actuadores, cada uno de los cuales pesa solo 25 miligramos.

Pero había un problema. En teoría, las dos alas batientes de RoboBee deberían haber sido capaces de generar todas las fuerzas necesarias para un vuelo controlado. En la práctica, sin embargo, la máquina no pudo generar fuerzas lo suficientemente potentes como para controlar la guiñada, por lo que a menudo se balanceaba sin control.

Un mejor diseño habría sido un vehículo a escala de insecto que tuviera cuatro alas batiendo, como los insectos reales. Pero esto solo habría sido posible si los actuadores fueran significativamente más ligeros.

Entra Xiufeng Yang y sus amigos de la Universidad del Sur de California en Los Ángeles. Estos muchachos han desarrollado actuadores que pesan la mitad que las versiones anteriores. Usaron cuatro de ellos para construir un robot con cuatro alas batientes, cada una con una envergadura de solo 33 milímetros. El resultado es una máquina voladora parecida a un insecto llamada Bee+. Es capaz de posarse, aterrizar, seguir un camino y evitar obstáculos.

El avance se basa en una ingeniosa pieza de ingeniería. Los actuadores del RoboBee 2013 eran de un tipo llamado bimorfos. Estos son voladizos hechos de dos capas de material piezoeléctrico separadas por una capa pasiva. Las capas piezoeléctricas se contraen alternativamente, obligando al voladizo a doblarse hacia adelante y hacia atrás. Este movimiento impulsa el aleteo de un ala.

Estos actuadores son simples, pequeños y livianos, lo que los hace perfectos para volar como insectos. Los dos actuadores bimorfos de RoboBee pesan solo 50 miligramos, una fracción significativa de la masa total del dispositivo de 75 miligramos.

Pero Yang y compañía han encontrado una manera de hacerlos aún más livianos utilizando un diseño de actuador llamado unimorfo. En lugar de dos capas de material piezoeléctrico, un monomorfo usa una sola tira unida a una capa pasiva. La contracción repetida de la capa piezoeléctrica hace que el voladizo se doble. Y el movimiento de la punta del voladizo impulsa el aleteo de un ala.

Este diseño de una sola capa hace que los actuadores sean mucho más ligeros. De hecho, los cuatro actuadores unimorfos pesan solo 56 miligramos, solo unos gramos más que dos bimorfos. Además, los actuadores unimorfos simplifican el proceso de montaje. El diseño novedoso reduce significativamente la complejidad del proceso de fabricación y la frecuencia estadística de los errores de ensamblaje en comparación con los robots de dos alas, dicen Yang y compañía.

Y dado que el peso total del vehículo es de 95 miligramos con cuatro alas, la carga alar es significativamente menor que para RoboBee. Eso reduce las fuerzas que actúan sobre los actuadores y aumenta su vida útil. El enfoque propuesto tiene numerosas ventajas en términos de peso, dimensiones, aerodinámica, control y fabricación, dice el equipo.

Una deficiencia de Bee+ (y otros voladores similares a insectos como RoboBee) es que debe funcionar con una correa. Esto permite que Yang y compañía demuestren su capacidad de vuelo sin preocuparse por el desafío separado del almacenamiento de energía. Otros han demostrado insectos robóticos impulsados ​​por rayos láser. Pero la energía a bordo sigue siendo un desafío considerable.

Puedes ver Bee+ yendo a través de sus pasos aquí .

Es un trabajo interesante que muestra cómo el progreso de los robots similares a insectos depende de manera crucial de los avances de la ingeniería.

De hecho, se necesitan desesperadamente más avances. Bee+ puede estar inspirado en los insectos, pero con 95 miligramos, es un gigante en comparación con las criaturas reales. Un abejorro, por ejemplo, pesa alrededor de 10 miligramos y es autoalimentado.

Por lo tanto, los ingenieros deberán reducir el tamaño y el peso de sus máquinas en al menos un orden de magnitud, y eso antes de considerar el problema del almacenamiento de energía, que es aún más complicado. Por esa razón, puede pasar algún tiempo antes de que veamos robots con capacidades verdaderamente similares a las de los insectos.

Ref: arxiv.org/abs/1905.02253 : Bee+ : Un robot volador de cuatro alas con forma de insecto de 95 mg impulsado por actuadores unimorfos gemelos

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