Robot de salto récord puede saltar un edificio de 10 pisos

Cuando los ingenieros quieren diseñar robots capaces de navegar en entornos complejos del mundo real, a menudo recurren al reino animal. Tal biomimética ha producido bots que corren como perros o guepardos o saltan como pájaros que emprenden el vuelo. Pero ahora los investigadores de la Universidad de California, Santa Bárbara, han alcanzado nuevas alturas al ignorar las limitaciones de los modelos biológicos. Su jersey de 30 centímetros de altura puede saltar más de 30 metros en el aire, aproximadamente la altura de un edificio de 10 pisos y 100 veces su propia altura.

Esta actuación que desafía la gravedad está varias cabezas y hombros por encima de la distancia que cualquier criatura viviente puede alcanzar. “El mejor saltador de animales es probablemente [a squirrel-sized primate called] el galago, que se ha medido saltando alrededor de 2,3 metros de altura desde parado”, dice Elliot W. Hawkes, ingeniero mecánico de UC Santa Barbara y autor principal de un estudio que detalla el proyecto del superjumper. Agrega que el dispositivo también se destaca en el campo mecánico, donde anteriormente la combustión ha lanzado saltadores a alturas de ocho metros y el gas comprimido los ha impulsado a alcanzar los 10 metros. «Salta mucho más alto que la mayoría del resto de los robots saltadores del mundo, si no todos, que yo sepa», dice Sarah Bergbreiter, ingeniera mecánica de la Universidad Carnegie Mellon, que no participó en el nuevo estudio, pero escribió un comentario adjunto al respecto.

El equipo que diseñó el nuevo saltador se basó en la fuerza elástica. En este tipo de sistema de salto, una parte llamada actuador se mueve y almacena energía en un resorte, que se libera mediante un pestillo para impulsar un objeto en el aire. Este mecanismo básico es similar al que usan los miembros del reino animal. Por ejemplo, el músculo de la pierna de un saltamontes sirve como actuador: cuando se contrae, dobla hacia atrás una parte de la articulación de la rodilla que parece un resorte para crear tensión, que se libera para impulsar los saltos del insecto.

Pero para el nuevo proyecto, la ingeniería humana introdujo algunas innovaciones cruciales. Para cualquier saltador con base elástica, la altura alcanzable está determinada por la cantidad de energía que el resorte puede almacenar y esto, a su vez, depende de dos factores. El primero es cuánto trabajo puede proporcionar un actuador. En los animales, los músculos tienen una sola contracción con la que pueden estirar su “resorte”. Pero para el actuador en el nuevo puente mecánico, los ingenieros usaron un motor, que podía girar varias veces antes de cada salto y, por lo tanto, seguir almacenando más energía.

El segundo factor en la destreza de un saltador elástico es la capacidad del resorte para contener tanta energía como sea posible sin acumular demasiado peso extra. Para maximizar la densidad de energía del nuevo bot, el equipo creó un dispositivo de 30 gramos cuyo cuerpo completo actúa como resorte. Consiste en bandas de goma y listones de fibra de carbono, que tienen una densidad de energía mucho más alta que los tejidos biológicos. Cuando el actuador (un motor giratorio ligero) gira, enrolla una cuerda que constriñe el resorte: pone las bandas de goma bajo tensión y comprime la fibra de carbono, doblando cada listón en una configuración curva como el arco de un arquero. Entonces el pestillo se suelta, disparar el bot al aire a unos 100 kilómetros por hora, un poco como una flecha autopropulsada. El equipo lo describió en un Naturaleza artículo publicado el miércoles.

Un robot que puede lanzarse sobre edificios podría navegar de manera eficiente en algunos entornos comunes que actualmente dificultan los diseños con ruedas, para caminar o incluso para volar. «Saltar, en cierto sentido, es una forma maravillosa de moverse porque puedes saltar obstáculos que podrían estar en tu camino», señala Bergbreiter, «mientras que no tienes mucha de la complejidad que surge al tratar de volar sobre esos obstáculos o sortear esos obstáculos con las piernas”. Hawkes está especialmente ansioso por desarrollar robots saltadores para la exploración espacial; señala que su dispositivo podría volar a distancias aún más impresionantes en un entorno sin aire y de baja gravedad. “En la luna, nuestro dispositivo teóricamente podría saltar hacia adelante medio kilómetro mientras alcanza los 125 metros de altura en un solo salto”, dice. “Por ejemplo, podría saltar al costado de un acantilado inaccesible o saltar al fondo de un cráter, tomar muestras y regresar a un rover con ruedas”.

Hawkes está trabajando con la NASA para desarrollar aún más el dispositivo. Pero antes de que se dispare a la luna, el saltador tendrá que pasar por un mayor desarrollo. El prototipo actual no tiene la capacidad de navegar de forma autónoma, por ejemplo. También depende de una batería para alimentar su motor y tarda un par de minutos en recargar su resorte entre cada salto. Y lo que es más importante, no puede controlar la altura de su salto. Aún así, Hawkes espera tener una versión más sofisticada lista para despegar en cinco años.

Sin embargo, incluso sin abandonar el planeta, el nuevo dispositivo puede ayudar a los científicos al demostrar los límites de la biomimética. Muchos robots saltadores están diseñados, en parte, para ayudar a los investigadores a estudiar cómo los seres, desde las pulgas hasta los humanos, lanzan sus cuerpos al aire. Como resultado, incorporan las limitaciones de esos animales, pero este proyecto ayuda a demostrar que no tienen que hacerlo y que ignorar ciertas reglas tiene grandes ventajas. “Los sistemas biológicos funcionan bajo diferentes restricciones que los sistemas de ingeniería, lo que significa que una solución ideal en biología no siempre es ideal en ingeniería”, explica Hawkes. “Es imperativo considerar cómo un sistema de ingeniería determinado tiene restricciones similares y diferentes a las de un sistema biológico modelo, y diseñar en consecuencia en lugar de simplemente copiar una solución que se encuentra en la naturaleza”. El éxito de este enfoque sugiere que podría adaptarse para construir otras máquinas ágiles para una variedad de aplicaciones.

Bergbreiter está de acuerdo. “No tenemos que diseñar sistemas con las mismas limitaciones que tiene la biología, de la misma manera que los aviones no aletean y los autos no funcionan”, dice ella. “Podemos diseñar sistemas de manera muy diferente porque tenemos diferentes suposiciones y limitaciones”.