Robot rana con varillas elásticas supera a las patas rígidas

¿Recuerdan el truco de los «lápices bailarines» de la escuela, en el que dos lápices atraviesan una goma elástica, se retuercen y luego salen disparados al soltarlos? Investigadores de la UCLA y de la Universidad de Míchigan han convertido una versión de esa idea de tensión almacenada en un robot con forma de rana que salta sobre hierba, arena y pequeños escalones. Sus patas no son empujadas lentamente por un motor. Se cargan de energía y luego se liberan en un único chasquido.

Para una máquina tan pequeña, los obstáculos son cosas cotidianas. La hierba, el terreno irregular, los charcos diminutos y los objetos sueltos pueden detener a un robot apenas más alto que ellos. Un salto permite superarlos, pero requiere un empuje fuerte y muy rápido, y los pequeños motores que mueven los robots diminutos ofrecen un movimiento constante y continuo, no ráfagas. Los muelles pueden salvar esa distancia: un motor los carga despacio y después liberan la energía de golpe. También se han probado vigas que chasquean, pero en una estructura tridimensional pueden invertirse violentamente o doblarse de forma gradual, según su forma y la manera en que se cargan.

El planteamiento del equipo fue averiguar exactamente qué separa un chasquido brusco de una flexión lenta. Primero utilizaron modelos informáticos para predecir cómo responden las varillas elásticas a combinaciones de flexión y torsión, y después emplearon un brazo robótico para poner a prueba esas predicciones sobre varillas físicas. Así cartografiaron las condiciones que producen un chasquido limpio, y las patas del robot se diseñaron a partir de ese mapa. Cada pata es una varilla recta doblada en hélice, fijada por un extremo y girada por el otro mediante un pequeño servomotor. Una vez que la forma actual de la varilla se vuelve inestable, cambia a otra configuración y empuja contra el suelo. Después, el motor vuelve a preparar la pata, en buena parte mientras el robot está en el aire. El equipo también tuvo que equilibrar fuerza y recuperación: algunas formas liberaban más energía pero necesitaban giros del motor más amplios entre saltos, y el diseño elegido ofrece un empuje fuerte y una recuperación lo bastante rápida para saltos repetidos.

En el estudio publicado en Science Advances, el equipo construyó un robot de 11 cm (4,3 in) y 98,2 g (3,5 oz) con dos patas traseras que chasquean, y lo comparó con una versión de igual potencia equipada con patas rígidas. El robot de chasquido fue más rápido en todas las superficies, alcanzando 3,21 longitudes corporales por segundo sobre madera y un promedio de 2,46 longitudes corporales por segundo en las seis superficies, frente a 0,79 de la versión de patas rígidas. La diferencia fue mayor sobre tela y hierba, donde el robot de patas rígidas casi se paraba. El prototipo también subió pequeños escalones, realizó volteretas hacia atrás repetidas y, con aletas finas y flexibles, nadó a unas media longitud corporal por segundo y sorteó obstáculos, incluso con viento. Por ahora sigue siendo un prototipo de investigación: su dirección se mostró con control remoto a través de un arenero con rocas y con sensores de luz, y el equipo solo ha medido su velocidad frente a su propio gemelo de patas rígidas.

Para los equipos de inspección y los grupos de búsqueda y rescate que trabajan en lugares llenos de escombros, un robot que salta sobre los cascotes en lugar de quedarse atascado podría ser muy útil, y que además pueda avanzar por el agua con las mismas patas amplía sus posibilidades de acceso. Los investigadores ven un segundo beneficio más allá de la navegación: la mecánica hace parte del trabajo que, de otro modo, requeriría un motor más grande o un control más complejo. Huang, uno de los investigadores, sugiere que la idea podría adaptarse a una pinza robótica de cierre rápido. Esos usos todavía no se han demostrado, y dependen de que el robot demuestre primero su valía frente a otros robots pequeños, algo que el estudio aún no ha hecho.