Un equipo de investigadores de la Universidad de Harvard ha presentado un asombroso microrobot llamado RoboBee, que es capaz de volar, nadar, bucear y salir volando del agua para aterrizar otra vez.
Gracias a su amplio abanico de capacidades, las posibles utilidades del nuevo robot híbrido son muy diversas, desde misiones de búsqueda y rescate a proyectos de investigación o incluso para la monitorización medioambiental.
La Oficina de Desarrollo de Tecnología de Harvard ha solicitado ya su patente y está estudiando sus posibilidades de comercialización.
Crédito: Harvard
La investigación, descrita en Science Robotics, ha sido dirigida por un equipo de científicos de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS, por sus siglas en inglés) y del Instituto Wyss de Ingeniería inspirada en la Biología, también de la Universidad de Harvard.
Los investigadores habían presentado anteriormente otras versiones de RoboBee capaces de volar, adherirse a las paredes y bucear. La principal novedad de la nueva versión, que amplía considerablemente sus opciones de aplicación, es la capacidad de flotación.
La nueva generación de RoboBees, además de ser 1.000 veces más ligera que cualquier otro robot aero-acuático diseñado con anterioridad, incluye unos dispositivos de flotación que le permiten estabilizarse sobre la superficie del agua.
Una vez estabilizado sobre el agua, el RoboBee puede activar un sistema de combustión interna que lo impulsa hacia arriba permitiéndole despegar desde el agua.
“Este es el primer microrobot capaz de moverse repetidamente hacia adentro y através de entornos complejos”, señaló Yufeng Chen, estudiante de postgrado en el Laboratorio de Microrobótica del SEAS cuando se realizó la investigación y principal autor del artículo.
“Diseñamos nuevos mecanismos que permiten que el vehículo haga una transición directa del agua al aire, algo que va más allá de lo que la naturaleza puede lograr en el mundo de los insectos”.
Principales desafíos resueltos durante la construcción del RoboBee
1. El agua es 1.000 veces más densa que el aire
Esto implica que la velocidad de aleteo del ala debe variar considerablemente entre ambos medios. Si la frecuencia de aleteo es demasiado baja, el RoboBee no puede volar. Y si es demasiado alta, el ala se rompe en el agua.
Para resolver este problema, los investigadores utilizaron una combinación de modelos teóricos y datos experimentales, con el fin de descubrir la combinación perfecta de tamaño del ala y velocidad de aleteo, que finalmente permite al RoboBee funcionar repetidamente tanto en el aire como en el agua.
Concretamente, con esta estrategia de locomoción multimodal, el robot mueve sus alas de 220 a 300 hertzios en el aire y de 9 a 13 hertzios en el agua.
2. Superar la barrera de la superficie del agua
A escala milimétrica, la superficie del agua podría ser equivalente a una pared de ladrillos, dado que la tensión superficial es más de 10 veces el peso del RoboBee y tres veces su elevación máxima.
Investigaciones anteriores habían demostrado que el impacto y los bordes afilados podían romper la tensión superficial en la entrada al agua del RoboBee, pero… ¿Cómo salir una vez dentro?
La solución fue una combinación de flotadores con un sistema de propulsión por combustión.
Los investigadores adaptaron el RoboBee con cuatro estabilizadores flotantes, esencialmente flotadores robóticos, y una cámara central de recolección de gases.
No obstante, todavía quedaba un reto importante por resolver: la capacidad de carga del RoboBee es muy pequeña, por lo que no puede portar su propio combustible.
Para evitar este problema y lograr que el RoboBee pudiese despegar desde el agua, los investigadores una placa electrolítica en la cámara capaz de convertir el agua en oxihidrógeno, un combustible gas.
El gas aumenta la flotabilidad del robot, empujando las alas fuera del agua y los flotadores estabilizan al RoboBee en la superficie del agua.
Finalmente, un diminuto y novedoso encendedor añadido en el interior de la cámara genera una chispa para activar la combustión del gas y propulsar así al RoboBee fuera del agua.
Próximos retos
Debido a la falta abordo de sensores y a las limitaciones del actual sistema de seguimiento, el RoboBee todavía no puede volar inmediatamente después de la propulsión fuera del agua, sino solo estabilizarse en el aire y aterrizar.
No obstante, el equipo espera que esto cambie en futuras investigaciones.
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