Hay un nuevo robot que hace parkour y salta como una ardilla
La biomecánica es un campo de investigación que explora la mecánica de la estructura y el movimiento de los organismos vivos y la aplica al desarrollo de máquinas. Investigadores de todo el mundo aspiran a desarrollar y comercializar robots capaces de adaptarse a diversos entornos, como robots que se arrastran por el suelo como los insectos, nadan en el agua como los peces y vuelan en el cielo como los pájaros.
Robot ardilla
Un equipo de investigación estadounidense ha desarrollado un robot capaz de saltar de una delgada viga a otra, inspirado en la habilidad de la ardilla para hacer parkour entre los árboles. «Las ardillas son unas de las mejores atletas de la naturaleza. Son incomparables por su agilidad y velocidad de escape», explica Robert Full, profesor de la Universidad de California en Berkeley, especializado en biología integrativa.
Full y su equipo llevan tiempo centrándose en las capacidades locomotoras de las ardillas y explorando su aplicación en el desarrollo de robots. Basándose en sus descubrimientos, han mejorado el robot monopedal de otro equipo de investigación, SALTO (Saltatorial Agile Locomotion on Terrain Obstacles), que ahora es un robot parecido a una ardilla. Al principio solo podía saltar sobre terreno llano, pero tras un largo período de investigación en colaboración, se consiguió la capacidad de saltar sobre ramas inestables.
Por qué las ardillas nunca fallan al aterrizar
SALTO se creó en el laboratorio del profesor de la UC Berkeley Ronald Fearing (ahora profesor emérito) en 2016. Justin Yim (ahora profesor adjunto de Ingeniería Mecánica en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign), que por aquel entonces era estudiante de posgrado en la UC Berkeley, compartía regularmente información con el equipo de investigación de Full para desarrollar un robot que pudiera aterrizar con precisión en ramas delgadas.
Salto está equipado con un volante de inercia diseñado para que un motor lo haga girar y controlar su actitud. Cuando un ser humano está a punto de caer de un punto de apoyo inestable, intenta equilibrarse girando ambos brazos. Es el mismo mecanismo.
Sin embargo, esto no bastaba para aterrizar en una percha inestable. Así que Yim ideó un mecanismo para frenar el impulso haciendo girar el motor hacia atrás en cuanto aterrizara.
Mientras tanto, el equipo de biología pensó que las ardillas usan sus patas para equilibrarse del mismo modo cuando aterrizan. Para entender este mecanismo, los investigadores utilizaron sensores para medir la fuerza vertical ejercida por la ardilla al aterrizar en una rama y el torque (momento de fuerza en torno a un eje de rotación fijo) generado por sus patas alrededor del punto de aterrizaje. Además, se verificaron los movimientos de la ardilla mediante grabaciones de cámaras de alta velocidad.
Foto: Justin Yim/UC Berkeley
Los resultados mostraron que la ardilla saltaba considerablemente de rama en rama y luego aterrizaba sobre sus patas delanteras de forma invertida y distribuía las fuerzas en las articulaciones de los hombros. Según los investigadores, las ardillas absorben el 86% de la energía cinética con las patas delanteras cuando aterrizan. A continuación, utilizan las patas traseras para apoyarse y girar agarrando la rama con las patas traseras, con lo que ajustan y equilibran el torque excesivo.
La facilidad con la que un objeto puede girar viene determinada por su momento de inercia, que depende de la distribución de la masa a partir del eje de rotación. Por ejemplo, cuando los patinadores artísticos giran sobre el hielo, lo hacen más lentamente cuando tienen los brazos extendidos y más rápidamente cuando los tienen recogidos, debido a este cambio en el momento de inercia. Al doblar y extender las patas en función de la distancia de vuelo, las ardillas controlan su momento de inercia para garantizar un aterrizaje estable, explica Full.
En otras palabras, si la distancia del salto es demasiado corta, al doblar las patas y reducir el momento de inercia, la ardilla puede aumentar la velocidad de rotación del cuerpo alrededor del punto de aterrizaje y recuperar su postura. Por el contrario, si el salto es demasiado corto, la ardilla reduce la velocidad extendiendo las patas para aumentar el momento de inercia. Este delicado juego de pies en cada momento es lo que hace posible el espectacular parkour de la ardilla.
Si vas a saltar, cuantas menos patas tengas, mejor
Basándose en estos descubrimientos, Yim y su equipo mejoraron el diseño de Salto para poder ajustar la fuerza de sus patas y reforzar el par producido por el volante de inercia. Al hacerlo, se atrevieron a reducir la fricción de la pinza que agarra las ramas, minimizando así el torque producido por las patas. En el futuro, la empresa espera mejorar la pinza y buscar un mecanismo para controlar el torque con las patas como una ardilla.
Otra gran diferencia con las ardillas es que SALTO solo tiene una pata. Según Yim, una sola pata es la mejor solución si el único objetivo es saltar alto. Según Yim, una sola pata es la mejor solución si el único objetivo es saltar alto, porque se puede saltar más alto concentrando toda la energía en una sola pata en lugar de repartirla en varias.