El robot “devorador de metales” puede seguir una trayectoria de metal sin usar una computadora o batería.

Cuando se trata de alimentar robots móviles, las baterías plantean una paradoja problemática: cuanta más energía contienen, más pesan y más energía necesita el robot para moverse. Los recolectores de energía, como los paneles solares, pueden funcionar para algunas aplicaciones, pero no proporcionan suficiente energía de manera rápida o constante para funcionar de manera continua.

James Pikul, profesor asistente en el Departamento de Mecánica y Mecánica Aplicada de Penn Engineering, está desarrollando una tecnología robótica que ofrece lo mejor de ambos mundos. Su fuente de voltaje ambientalmente controlada (ECVS) funciona como una batería, ya que la energía se genera rompiendo y formando enlaces químicos repetidamente. Sin embargo, escapa a la paradoja del peso al encontrar estos enlaces químicos alrededor del robot, como una cosechadora. Cuando entra en contacto con una superficie metálica, una unidad ECVS cataliza una reacción de oxidación con el aire ambiente y suministra al robot los electrones liberados.

El enfoque de Pikul se inspiró en cómo los animales se impulsan buscando enlaces químicos en forma de alimento. Y como un organismo simple, estos robots impulsados ​​por ECVS ahora pueden buscar sus propias fuentes de alimento, aunque carecen de un «cerebro».

En un nuevo estudio publicado como artículo de Editor’s Choice en Sistemas inteligentes avanzadosJunto con los miembros del laboratorio Min Wang y Yue Gao, Pikul demuestra un robot con ruedas que puede navegar por sus alrededores sin una computadora. Como las ruedas izquierda y derecha del robot son impulsadas por diferentes unidades ECVS, muestran una forma rudimentaria de navegación y búsqueda en la que el robot se dirige automáticamente hacia superficies metálicas que puede «comer».

Su estudio también describe un comportamiento más complicado que se puede lograr sin un procesador central. Con diferentes disposiciones espaciales y secuenciales de unidades ECVS, un robot puede realizar una variedad de operaciones lógicas basadas en la presencia o ausencia de su fuente de alimento.

«Las bacterias pueden navegar de forma autónoma hacia los nutrientes a través de un proceso llamado quimiotaxis, donde detectan y responden a cambios en las concentraciones químicas», dice Pikul. «Los robots pequeños tienen limitaciones similares a las de los microorganismos en el sentido de que no pueden transportar baterías grandes o computadoras complicadas. Por eso queríamos investigar cómo nuestra tecnología ECVS puede reproducir este tipo de comportamiento».

En los experimentos de los investigadores, colocaron su robot sobre superficies de aluminio que pueden alimentar sus unidades ECVS. Al agregar «peligros» que evitarían que el robot haga contacto con el metal, demostraron cómo las unidades ECVS pueden hacer que el robot se mueva y navegar hacia fuentes de energía más altas.

«En cierto modo», dijo Pikul, «son como una lengua en el sentido de que sienten la energía y ayudan a digerirla».

Un tipo de peligro era un camino curvo hecho de cinta aislante. Los investigadores demostraron que si sus unidades EVCS estuvieran conectadas a las ruedas del lado opuesto, el robot seguiría la pista de metal entre dos líneas transportadoras de forma autónoma. Por ejemplo, si el carril se curva hacia la izquierda, el ECVS del lado derecho del robot perderá potencia primero, lo que ralentizará las ruedas izquierdas del robot y hará que se desvíe del peligro.

Otro peligro estaba en la forma de un gel aislante viscoso que el robot podía limpiar gradualmente pasándolo por encima. Debido a que el grosor del gel estaba directamente relacionado con la potencia que las unidades ECVS del robot podían extraer del metal que se encontraba debajo, los investigadores pudieron demostrar que el radio de giro del robot respondía a este tipo de señal ambiental.

Al comprender los tipos de señales que las unidades ECVS pueden captar, los investigadores pueden idear diferentes formas de incorporarlas en el diseño de un robot para lograr el tipo de navegación que desean.

«Al conectar las unidades ECVS a motores opuestos, el robot puede evitar las superficies que no le gustan», dijo Pikul. «Sin embargo, cuando las unidades ECVS están en paralelo con ambos motores, funcionan como una puerta OR, ignorando los cambios químicos o físicos que ocurren bajo una sola fuente de energía».

«Podemos utilizar este tipo de cableado para adaptarnos a las preferencias biológicas», dijo. «Es importante reconocer la diferencia entre los entornos que son peligrosos y deben evitarse y los que no son prácticos y se pueden atravesar si es necesario».

A medida que evoluciona la tecnología ECVS, se puede utilizar para programar comportamientos aún más complicados y receptivos en robots autónomos sin computadora. Al adaptar el diseño de ECVS al entorno en el que debe operar un robot, Pikul imagina pequeños robots arrastrándose a través de escombros u otros entornos peligrosos, llevando sensores a lugares críticos mientras se mantienen.

«Si tenemos diferentes ECVS sintonizados con diferentes procesos químicos, podemos tener robots que eviten superficies peligrosas pero que sean impulsados ​​por otros que se interpongan en el camino de un objetivo», dijo Pikul.

Referencia: Min Wang, Yue Gao y James H. Pikul, Navegación autónoma computacional y generación de energía con electroquimotaxis, sistemas inteligentes avanzados (2021). DOI: 10.1002 / aisy.202000255

Comunicado de prensa de Penn Engineering

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