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(noticias nanowerk) Llamémoslo el Big Bang de los robots del tamaño de un escarabajo. Los investigadores de Cornell combinaron microactuadores blandos con combustible químico de alta densidad de energía para crear un robot de cuatro patas con escala de insecto impulsado por combustión que puede correr, correr y superar a sus competidores de propulsión eléctrica.
Este robot cuadrúpedo propulsado por combustión es capaz de realizar múltiples pasos y puede saltar 60 centímetros en el aire, aproximadamente 20 veces la longitud de su cuerpo.
El artículo del grupo fue publicado en Ciencia (“Actuadores potentes y de combustión suave para robots a escala de insectos”). El autor principal es el investigador postdoctoral Cameron Aubin, Ph.D. ’23.
El proyecto fue dirigido por Rob Shepherd, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en Cornell Engineering, cuyo Laboratorio de Robótica Orgánica utilizó anteriormente la combustión para crear una pantalla Braille para electrónica (PNAS“Combustión de microlitros sin válvulas para conjuntos densamente poblados de potentes actuadores suaves”).
Cualquiera que haya visto alguna vez a una hormiga llevándose comida de un picnic sabe que los insectos son mucho más fuertes de lo que sugiere su pequeño tamaño. Sin embargo, los robots de este tamaño aún tienen que desarrollar todo su potencial. Uno de los desafíos es que “cuando los reduces a ese tamaño, los motores y las bombas ya no funcionan correctamente”, dijo Aubin. Por ello, los investigadores han intentado compensar esto desarrollando mecanismos a medida para llevar a cabo estas funciones. Hasta la fecha, la mayoría de estos robots están conectados a sus fuentes de energía, normalmente electricidad.
«Pensamos que utilizar un combustible químico de alta densidad energética, como el que pondríamos en un automóvil, sería una forma de aumentar la potencia a bordo y el rendimiento de estos robots», dijo. “Por supuesto, no estamos necesariamente defendiendo el retorno de los combustibles fósiles a gran escala. Pero en este caso, con estos diminutos robots, donde un mililitro de combustible podría traducirse en una hora de funcionamiento, en lugar de una batería que es demasiado pesada para que el robot siquiera la levante, eso es un hecho».
Si bien el equipo aún no ha desarrollado un modelo completamente independiente (Aubin dice que están a mitad de camino), la iteración actual «acelera absolutamente la competencia en términos de producción de energía».
El robot de cuatro patas, que mide poco más de una pulgada de largo y pesa el equivalente a un clip y medio, está impreso en 3D utilizando una resina resistente al fuego. El cuerpo contiene un par de cámaras de combustión separadas que conducen a los cuatro actuadores que sirven como pies. Cada actuador/pie es un cilindro hueco cubierto en la parte inferior con un trozo de goma de silicona, similar a un tímpano. Cuando se crea una chispa en las cámaras de combustión utilizando dispositivos electrónicos externos, se encienden metano y oxígeno premezclados, la reacción de combustión infla la piel del tambor y el robot salta en el aire.
Los actuadores del robot pueden alcanzar una fuerza de 9,5 Newtons, en comparación con aproximadamente 0,2 Newtons para otros robots de tamaño similar. También opera a frecuencias superiores a 100 Hertz, logra desviaciones del 140% y puede levantar 22 veces su peso corporal.
«La propulsión por combustión les permite hacer muchas cosas que los robots de esta escala no habían podido hacer antes», dijo Aubin. “Puedes navegar por terrenos realmente difíciles y superar obstáculos. Para su talla es un suéter increíble. También es muy rápido en tierra. Todo esto se debe a la densidad de fuerza y de potencia de estos actuadores impulsados por combustible”.
El diseño del actuador también permite un alto nivel de control. Al girar una perilla, el operador puede ajustar la velocidad y la frecuencia de las chispas o variar el suministro de combustible en tiempo real, generando un rango dinámico de respuestas. Un poco de combustible y una pequeña chispa de alta frecuencia permiten que el robot se deslice por el suelo. Agregue un poco más de combustible y menos chispa y el robot disminuirá la velocidad y rebotará. Sube el combustible al máximo y dale una buena chispa, y el robot saltará 60 centímetros en el aire, aproximadamente 20 veces la longitud de su cuerpo, según Aubin.
«Hacer todos estos movimientos de múltiples engranajes es algo que normalmente no se ve en robots de esta escala», dijo Aubin. «Se arrastran o saltan, pero no ambas cosas».
Los investigadores prevén unir aún más actuadores en conjuntos paralelos para que puedan producir articulaciones muy finas y muy potentes en la macroescala. El equipo también planea continuar trabajando en una versión sin ataduras. Este objetivo requiere un cambio de combustible gaseoso a combustible líquido que el robot pueda transportar junto con componentes electrónicos más pequeños a bordo.
«Todo el mundo señala a estos robots del tamaño de un insecto como cosas que podrían usarse para búsqueda y rescate, exploración, monitoreo ambiental, vigilancia y navegación en ambientes austeros», dijo Aubin. «Creemos que las mejoras de rendimiento que le hemos dado a este robot con estos combustibles nos acercan a la realidad en la que esto es realmente posible».
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