Inspenet, 16 de septiembre 2023.
Pleobot, un robot que toma inspiración del krill, plantea soluciones prometedoras para la movilidad bajo el agua y la exploración de los océanos, tanto en la Tierra como en las lunas de nuestro sistema solar. En un reciente informe publicado en Scientific Reports, un equipo encabezado por científicos de la Universidad de Brown ha dado sus primeros pasos significativos en la creación de estos robots de navegación submarina.
El estudio detalla el diseño de una plataforma robótica de pequeño tamaño llamada Pleobot que podría servir como una herramienta para ayudar a los investigadores a entender el método de natación similar al krill y como base para la construcción de robots submarinos compactos y altamente maniobrables.
Este consta de tres segmentos articulados que imitan la natación del krill. Los científicos lo tomaron como inspiración por su habilidad en la natación, aceleración, frenado y maniobras. El estudio ilustra sus capacidades al emular los movimientos de las patas del krill durante la natación, arrojando luz sobre las complejas interacciones entre la estructura de la máquina y el entorno acuático que permiten mantener una natación constante en el diminuta especie marina.
De acuerdo con la investigación, tiene el potencial de brindar a la comunidad científica una comprensión valiosa sobre cómo aprovechar 100 millones de años de evolución para diseñar robots marinos más eficientes.
“Los experimentos con organismos son desafiantes e impredecibles”, dice Sara Oliveira Santos, candidata a doctorado en la Escuela de Ingeniería de Brown y autora principal del nuevo estudio. “Pleobot nos permite una resolución y un control incomparables para investigar todos los aspectos de la natación similar al krill que le ayudan a sobresalir en las maniobras bajo el agua. Nuestro objetivo era diseñar una herramienta integral para comprender la natación similar al krill, lo que significó incluir todos los detalles que hacen que el este sea un nadador tan atlético”.
Este proyecto es una colaboración entre dos grupos de investigadores: el equipo de Mónica Martínez Wilhelmus, profesora asistente de ingeniería en la Universidad de Brown y el grupo de científicos liderado por Francisco Cuenca-Jiménez en la Universidad Nacional Autónoma de México.
El krill: la fuente de inspiración
Uno de los objetivos principales del proyecto es obtener una comprensión profunda de cómo los nadadores que utilizan la técnica metacrónica logran funcionar eficazmente en entornos marinos altamente complejos y llevar a cabo migraciones verticales a gran escala, superando los 1.000 metros de profundidad.
“Tenemos instantáneas de los mecanismos que utilizan para nadar de manera eficiente, pero no tenemos datos completos”, dice Nils Tack, asociado postdoctoral en el laboratorio Wilhelmus. “Construimos y programamos una máquina que emula con precisión los movimientos esenciales de las piernas para producir movimientos específicos y cambiar la forma de los apéndices. Esto nos permite estudiar diferentes configuraciones para tomar medidas y hacer comparaciones que de otro modo serían imposibles de obtener con animales vivos”.
La técnica de natación metacrónica, que involucra el uso secuencial y coordinado de las extremidades, puede brindar una notoria agilidad, una característica que el krill exhibe con frecuencia al mover sus patas nadadoras en un patrón ondulatorio de adelante hacia atrás. Los científicos anticipan que en el futuro, los sistemas de enjambres desplegables podrían encontrar aplicaciones en la cartografía de los océanos terrestres, participar en misiones de búsqueda y recuperación que abarquen vastas áreas, o incluso ser enviados a lunas dentro del sistema solar, como Europa, con el propósito de explorar los océanos de estas lunas.
“Este estudio es el punto de partida de nuestro objetivo de investigación a largo plazo de desarrollar la próxima generación de vehículos autónomos de detección submarina. Ser capaz de comprender las interacciones fluido-estructura a nivel del apéndice nos permitirá tomar decisiones informadas sobre diseños futuros”, dice Wilhelmus.
Así mismo, los científicos tienen un control activo sobre los dos segmentos de las patas de Pleobot y un control pasivo de sus aletas birrames. Este logro se considera como el primero en replicar fielmente el movimiento de apertura y cierre de estas aletas. La creación de esta plataforma robótica implicó un proyecto de varios años que involucró a un equipo interdisciplinario que abarcó la mecánica de fluidos, la biología y la mecatrónica.
El modelo que los investigadores construyeron tiene una escala diez veces mayor que la del krill, que generalmente tiene el tamaño de un clip. La plataforma se compone principalmente de piezas fabricadas mediante impresión 3D y su diseño es de código abierto, lo que permite que otros equipos la utilicen para investigar aún más sobre la natación metacrónica, no solo en el contexto de la mencionada especie marina, sino también en relación con otros organismos, como las langostas.
En su investigación, el equipo desvela la solución a uno de los varios enigmas relacionados con la natación del krill: cómo generan la fuerza necesaria para evitar hundirse mientras nadan hacia adelante. Dado que este es ligeramente más pesado que el agua, si no nada de forma constante, comenzará a hundirse. Por lo tanto, incluso cuando nadan hacia adelante, deben generar algo de fuerza hacia arriba para mantenerse a la misma profundidad en el agua, explica Oliveira Santos.
“Pudimos descubrir ese mecanismo utilizando el robot”, dice Yunxing Su, asociado postdoctoral en el laboratorio. “Identificamos un efecto importante de una región de baja presión en la parte posterior de las piernas de natación que contribuye a mejorar la fuerza de elevación durante la brazada de potencia de las piernas en movimiento”.
En el futuro cercano, los científicos planean construir sobre este logro inicial, refinando y probando aún más los diseños que se han detallado en el informe. Actualmente, están esforzándose en incorporar rasgos morfológicos de los camarones en la plataforma robótica, tales como su flexibilidad y las cerdas que rodean sus apéndices. La financiación inicial provino de una subvención EPSCoR de la NASA en Rhode Island.
Fuente y foto: https://www.futurity.org/krill-inspire-robots-ocean-exploration-2939442/
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