Robots lombrices podrían ayudar a los astrónomos a explorar otros mundos
Por Kenna Hughes-Castleberry.
15 de mayo de 2023.
El robot prototipo de lombriz blanda utiliza cinco actuadores blandos para alargar o apretar su cuerpo flexible a medida que pasa el aire. Crédito: IIT-Instituto Italiano di Tecnologia.
Al diseñar robots para la exploración espacial, los ingenieros y desarrolladores a menudo recurren a la naturaleza en busca de inspiración. Desde serpientes hasta orugas e incluso peces, los cuerpos de los robots espaciales han imitado muchos tipos diferentes de movimientos naturales. El último de estos llamados cuerpos robóticos biomiméticos proviene del Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) en Génova, Italia, y fue inspirado por, de todos los animales, las lombrices de tierra. Debido a que las lombrices de tierra han evolucionado para sobrevivir en una variedad de diferentes tipos de suelo, moviéndose con frecuencia en espacios reducidos, sus cuerpos podrían ser perfectos para explorar planetas extraños.
"Este robot puede ser un trampolín en cuanto a por qué el enfoque bioinspirado es relevante en el desarrollo de mejores robots para cumplir el propósito y, sin duda, inspirar el desarrollo de otros robots", Riddhi Das, investigador postdoctoral en IIT y el primer autor del artículo de la lombriz en Nature Scientific Reports, cuenta "Nuestro enfoque bioinspirado muestra que una comprensión cuidadosa de la biomecánica interna ayuda a comprender el organismo real y el desarrollo de un robot que funciona de manera similar".
Robots blandos versus duros.
El robot lombriz cae en el campo de la "robótica blanda", donde los ingenieros y desarrolladores diseñan robots con cuerpos blandos y flexibles, generalmente compuestos de silicona o caucho.
“La robótica blanda es una buena opción para varias tareas terrestres, particularmente para el manejo de artículos delicados o flexibles”, dice Meera Day Towler, ingeniera de investigación sénior en el Southwest Research Institute que estudia robótica blanda. “Esto incluye tareas como la agricultura y la manipulación de alimentos. Estos mismos tipos de tareas son útiles en el espacio para ayudar a respaldar las operaciones a bordo de una estación espacial”.
Los robots blandos son valiosos porque pueden estirar o torcer sus marcos flexibles para adaptarse o navegar por espacios más pequeños. En el caso de los robots lombrices de tierra, incluso podrían enterrarse en el suelo para evitar las duras condiciones de la superficie que se encuentran en los mundos cercanos. Sin embargo, aunque estos robots ofrecen algunas ventajas únicas, también tienen sus limitaciones. Towler agregó que estas máquinas "no son inherentemente adecuadas para el vacío del espacio". Este desafío obliga a científicos a trabajar en diseños de cuerpos que hagan que los robots blandos sean más resistentes al vacío y, por lo tanto, más versátiles para su implementación.
A diferencia de la robótica blanda, la "robótica dura" se centra en diseños de cuerpos robóticos más estructurados hechos de materiales rígidos como plásticos o metales, como los rovers planetarios. Desde brazos robóticos hasta ruedas, estos "robots duros" pueden estar diseñados para transportar cargas pesadas de material planetario, como muestras de rocas, o estar preparados para moverse sobre terreno rocoso o irregular.
Según Martin Azkarate, ingeniero de sistemas de navegación robótica de la Agencia Espacial Europea (ESA): “El subsistema de locomoción de un rover de exploración siempre dependerá del terreno de exploración objetivo. Por ejemplo, solo hemos visto rovers con ruedas en Marte porque este es el modo de locomoción más eficiente para atravesar los vastos terrenos de Marte. Pero, por ejemplo, al explorar un cráter lunar o los tragaluces lunares, se podrían contemplar otros tipos de locomoción (caminar, saltar o robots con forma de serpiente)”.
En otras palabras, aunque los robots duros claramente tienen fortalezas específicas, como ser capaces de resistir entornos extremos y transportar cargas pesadas, carecen de la flexibilidad de los robots blandos.
Comprender los robots lombrices de tierra.
Si bien las organizaciones espaciales como la NASA, la ESA e incluso las empresas espaciales privadas como SpaceX utilizan robots blandos y duros, Das y su equipo del IIT creían que la clave para hacer que su robot lombriz de tierra fuera adecuado para la exploración espacial estaba en su movimiento.
“Traté de comprender la importancia de algunas de las características anatómicas de la lombriz de tierra, su papel en la generación de locomoción bajo la superficie, y diseñé un robot peristáltico suave inspirándome en ello”, dice Das. "La idea surgió de la falta de robots excavadores reales disponibles hasta la fecha".
El peristaltismo es un tipo de movimiento de compresión que hacen los músculos para impulsarse hacia adelante. Este movimiento se encuentra en el esófago cuando comemos, ya que la comida se mueve hacia el estómago desde la boca a través del peristaltismo.
Das y su equipo pudieron preservar este movimiento en su robot mediante el uso de un sistema tipo fuelle, el Actuador suave peristáltico (PSA), dentro de cada segmento. “El espacio entre la parte central y la piel está lleno de líquido de volumen constante”, explica Das. Este volumen constante de fluido puede hacer que el robot lombriz sea más resistente al vacío y robusto a los cambios de presión.
“Cuando se pasa aire al PSA, la parte central se alarga, haciendo que todo el módulo sea largo y delgado”, agrega. “Esta es la forma exacta del segmento de lombriz de tierra cuando los músculos circulares se contraen. De manera similar, cuando se extrae aire del PSA, la parte central se comprime, lo que hace que todo el módulo del PSA sea corto y grueso. Este cambio de forma es similar al segmento de lombriz de tierra cuando los músculos longitudinales se contraen”.
Entonces, al igual que las lombrices de tierra se impulsan estirando y comprimiendo cada segmento de sus cuerpos, un robot de lombriz también podría aprovechar este tipo de movimiento para avanzar a través de una variedad de materiales diferentes.
Los problemas con la excavación.
Con aproximadamente 45 centímetros de largo, el robot prototipo de lombriz de tierra tiene cinco segmentos de PSA cubiertos con pequeñas cerdas llamadas setas, que también se encuentran en las lombrices de tierra vivas. Si bien estas cerdas y el movimiento peristáltico ya hacen que el robot de Das sea único en comparación con otros robots espaciales blandos, el robot lombriz también puede excavar.
“La excavación planetaria es una aplicación crítica de todos los robots peristálticos excavadores”, dice Das. Con la excavación, el robot no solo puede evitar entornos extremos, sino también recolectar muestras de suelo planetario para su posterior estudio. Sin embargo, excavar con éxito suele ser difícil para un robot blando, especialmente cuando tiene que desplazar tierra pesada.
A pesar de que el modelo actual de su robot lombriz sigue teniendo dificultades para moverse a través del suelo grueso, Das y su equipo están ansiosos por ver qué tipo de mejoras se pueden realizar en el sistema. “Una vez que obtengamos un conocimiento sustancial sobre sus capacidades”, dice, “podemos implementarlo para misiones de exploración espacial”.
Fuente:
https://www.astronomy.com/space-exploration/earthworm-space-rob/
https://noticiasdelaciencia.com/art/46636/el-robot-serpiente-eels