Este robot es mejor saltando que cualquier máquina o ser vivo

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
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

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