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| El saltador del Laboratorio Hawkes maximiza la fuerza del salto con un gran muelle, al tiempo que minimiza la masa y la resistencia. Crédito: UC Santa Barbara |
Durante décadas, los ingenieros han diseñado máquinas de salto que a menudo
imitaban o se inspiraban en los saltadores biológicos. Pero, por muy diverso
que sea el mundo natural, la evolución no ha descifrado todas las opciones.
Ahora,
el profesor de ingeniería de la Universidad de Santa Bárbara Elliot Hawkes y
sus colaboradores han desarrollado un saltador mecánico que, según dicen,
puede alcanzar la mayor altura de cualquier saltador hasta la fecha, ya
sea de ingeniería o biológico. Esta hazaña permite al robot saltar sobre terrenos difíciles en la Luna y
explorar su superficie más rápidamente que el robot con ruedas, dicen los
investigadores.
Muchos saltadores de ingeniería se han centrado en
duplicar los diseños proporcionados por la evolución, y con gran efecto. Pero
los elementos que crean un salto en un sistema biológico pueden ser limitantes
para los sistemas de ingeniería, dijo Charles Xaio, candidato a doctor en el
laboratorio de Hawkes.
"Los sistemas biológicos sólo pueden saltar con tanta energía como puedan
producir en un solo golpe de su músculo", dijo Xaio. Así, el sistema está limitado en la cantidad de energía que
puede dedicar a empujar el cuerpo fuera del suelo, y el saltador sólo puede
saltar hasta cierto punto. Sin embargo, los robots pueden multiplicar la
cantidad de energía mediante motores que hacen trinquete o giran para dar
muchas carreras, lo que les da una enorme ventaja potencial.
"Esta
diferencia entre la producción de energía en los saltadores biológicos y en
los de ingeniería significa que ambos deben tener diseños muy diferentes para
maximizar la altura de los saltos", afirma Charles Xaio, candidato a doctor en
el laboratorio de Hawkes. "Los animales deben tener un muelle pequeño -sólo lo suficiente para
almacenar la cantidad relativamente pequeña de energía producida por su
único golpe muscular- y una gran masa muscular. En cambio, los saltadores
diseñados deben tener un muelle lo más grande posible y un motor
diminuto".
El nuevo
robot
saltador es muy diferente a los saltadores biológicos: el tamaño de su muelle
en relación con su motor es casi 100 veces mayor que el de los animales. Los
investigadores idearon un nuevo muelle, buscando maximizar su almacenamiento
de energía por unidad de masa. En su muelle híbrido de tensión-compresión, los
arcos de compresión de fibra de carbono se aplastan mientras las bandas de
goma se estiran tirando de una línea enrollada alrededor de un husillo
accionado por un motor.
El saltador mecánico también está diseñado
para ser ligero, con un mecanismo de enganche minimalista para liberar la
energía para el salto, y aerodinámico, con las patas plegadas para minimizar
la resistencia del aire durante el vuelo. Las características del diseño le
permiten acelerar de 0 a 60 mph (96,6km/h) en 9 metros por segundo, logrando
una fuerza de aceleración de 315 G. Los investigadores afirman que el aparato
puede alcanzar los 30 metros de altura, lo que estiman que se acerca al límite
factible de altura de salto con los materiales disponibles actualmente.
Según
concluyen, el diseño y la capacidad de superar los límites establecidos por
los diseños biológicos sientan las bases para reimaginar el salto como una
forma eficiente de locomoción de las máquinas. Por tanto, podrían representar
una alternativa práctica a los objetos voladores, ya que ahora son capaces de
superar obstáculos y alcanzar alturas que antes estaban reservadas únicamente
a los robots voladores. Esto les permite recoger datos visuales del terreno a
vista de pájaro cuando saltan.
Además, los robots que saltan pueden
viajar por la luna o los planetas de forma eficiente, sin tener que lidiar con
los obstáculos de la superficie, al tiempo que acceden a características y
perspectivas que los robots basados en el terreno no pueden alcanzar. Debido a
la menor gravedad, el modelo actual debería ser capaz de superar 125 metros de
altura mientras salta medio kilómetro hacia adelante en la Luna, calculó el
equipo.
Fuentes, créditos y referencias:
Elliot Hawkes et al, Engineered jumpers overcome biological limits via work multiplication, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04606-3
Fuente: Universidad de Santa Bárbara