Los investigadores están tomando las colas de los caballitos de mar como guía para diseñar robots de agarre que podrían ayudar a eliminar los desechos de nuestros océanos.

Los caballitos de mar son criaturas hermosas y delicadas, pero un giro distintivo en su cola ha llevado a los investigadores a crear una nueva clase de extremidades robóticas. Los caballitos de mar pueden adherirse a objetos de varias formas y tamaños, desde pastos delgados hasta coral sólido, y esta capacidad de agarre versátil es una característica codiciada en los robots que necesitan interactuar con entornos impredecibles.

Los limitados grados de libertad y rigidez de las pinzas actuales limitan el agarre en muchas máquinas y dificultan su uso en aplicaciones que van desde el montaje industrial hasta la exploración submarina.

Ahora, un equipo colaborativo de investigadores ha entendido bien el desafío al estudiar las propiedades de las colas de los caballitos de mar. Usaron sus hallazgos para construir robots de agarre continuo, máquinas hechas de puntales rígidos conectados por cables flexibles que pueden sujetar una variedad de objetos.

Un mar de posibilidades para robots de agarre

«Teniendo en cuenta que vivimos en el campo, nos inspiramos más en los animales terrestres», dijo Jianing Wu, de la Universidad Sun Yat-Sen. “Sin embargo, nuestro trabajo nos recuerda que los animales acuáticos pueden proporcionar una nueva fuente de inspiración para los diseños robóticos. Observamos la morfología y el movimiento específicos de los caballitos de mar en un acuario local, y sus movimientos depredadores únicos llamaron nuestra atención.

«Nos dimos cuenta de que los caballitos de mar pueden usar sus colas flexibles pero resistentes para anclarse firmemente a los pastos marinos y los arrecifes de coral, lo que les permite atacar rápidamente a sus presas en una postura estable».

Su fuente de inspiración poco convencional condujo a un enfoque que se detalla en Sistemas inteligentes avanzadosque supera algunos de los desafíos que enfrenta actualmente el diseño de robots continuos, robots caracterizados por una columna vertebral continua de juntas flexibles.

La mayoría de las máquinas modernas están hechas de materiales blandos y, como resultado, tienen poca estabilidad y precisión de movimiento, mientras que las estructuras más rígidas carecen de la flexibilidad para adaptarse a objetivos impredecibles.

secretos del caballito de mar

El primer paso en el viaje del acuario al laboratorio fue modelar la mecánica de las colas de los caballitos de mar y comprender cómo funcionan.

“Realizamos un modelado teórico de los robots continuos bioinspirados para derivar un modelo mecánico para predecir la configuración del robot. La parte de modelado combina el diseño natural de la cola del caballito de mar con sus deformaciones observadas en los experimentos», dijo Hamed Rajabi de la Universidad de South Bank de Londres.

Descubrieron que la flexibilidad es posible en parte por la forma cónica de la cola. «Esto podría revelar el secreto detrás de la complacencia extrema de la cola del caballito de mar. Al mismo tiempo, se nos ocurrió otra idea intrigante de que podríamos regular aún más estos parámetros físicos para diseñar robots continuos para diferentes escenarios de aplicación”.

Versatilidad en el mundo real

Después de examinar la biomecánica de las colas y modelar el efecto en simulaciones teóricas, los investigadores se pusieron a poner la teoría en práctica. El brazo robótico resultante es capaz de agarrar objetos con una amplia gama de curvaturas.

Esta versatilidad genera esperanzas de usar este enfoque de diseño en el mundo real, donde las condiciones rara vez son fáciles de controlar. Los autores eligieron sus pruebas prácticas con un importante beneficio en mente: «Al igual que muchas otras personas, proteger nuestro medio ambiente es muy importante para nosotros», dice Rajabi. “Por lo tanto, probamos el desempeño de nuestro robot continuo para limpiar objetos flotantes con diferentes curvaturas. Esta es solo una de las muchas aplicaciones potenciales en las que nuestro robot bioinspirado podría contribuir a la sostenibilidad ambiental”.

Los resultados han sido prometedores, pero aún queda trabajo por hacer antes de que estos brazos puedan colgar de los barcos como tentáculos y barrer los desechos no deseados que contaminan nuestros océanos.

«Para que esto tenga éxito, los estudios futuros deberían integrar otras tecnologías avanzadas en nuestro robot continuo, como equipar nuestro diseño con sensores flexibles para permitir un agarre firme de objetos a través del monitoreo en tiempo real de la fuerza de agarre», dijo Haijun Peng de la Universidad Técnica de Dalian. .

Referencia: Hamed Rajabi, Haijun Peng, Jianing Wu, et al., Versatile Like a Seahorse Tail: A Bio-Inspired Programmable Continuum Robot For Conformal Grasping, Advanced Intelligent Systems (2022). DOI: 10.1002/aisy.202200263

Crédito de la imagen de la característica: Sigmund en Unsplash

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