Ingeniero construye robots de enjambre con múltiples patas

Un investigador de la Universidad de Notre Dame ha desarrollado robots con múltiples patas que pueden maniobrar en entornos difíciles y completar tareas complejas como un enjambre.

La investigación se publicó en Science Robotics.

Yasemin Ozkan-Aydin es profesora asistente de ingeniería eléctrica en la universidad. Ella es la responsable de crear el nuevo robot.

“Los robots con patas pueden navegar en entornos desafiantes como terrenos accidentados y espacios estrechos, y el uso de extremidades ofrece un soporte corporal efectivo, permite una maniobrabilidad rápida y facilita el cruce de obstáculos”, dijo Ozkan-Aydin. “Sin embargo, los robots con patas enfrentan desafíos de movilidad únicos en entornos terrestres, lo que resulta en un rendimiento locomotor reducido.”

Mejorando la movilidad

Ozkan-Aydin hipotetizó que una conexión física entre robots individuales podría mejorar la movilidad de un sistema colectivo de robots con patas terrestres. Al conectar físicamente robots individuales entre sí para formar un sistema de múltiples patas, pueden superar desafíos de manera colectiva mejor que un robot individual que completa tareas pequeñas.

“Cuando las hormigas recogen o transportan objetos, si una de ellas encuentra un obstáculo, el grupo trabaja colectivamente para superarlo. Si hay una brecha en el camino, por ejemplo, forman un puente para que las otras hormigas puedan cruzar — y esa es la inspiración para este estudio”, dijo. “A través de la robótica, podemos obtener una mejor comprensión de la dinámica y el comportamiento colectivo de estos sistemas biológicos y explorar cómo podríamos utilizar esta tecnología en el futuro.”

Construyendo los robots

Ozkan-Aydin se basó en una impresora 3D para construir los robots de cuatro patas, que miden de 15 a 20 centímetros de largo. Cada uno consta de una batería de polímero de litio, un microcontrolador y tres sensores. Hay un sensor de luz en la parte delantera y dos sensores de toque magnéticos en la parte delantera y trasera, lo que les permite conectarse entre sí.

Con la adición de cuatro patas flexibles, los robots no necesitan tantos sensores y partes, y les ayuda a interactuar con terrenos accidentados o irregulares.

“No necesitas sensores adicionales para detectar obstáculos porque la flexibilidad en las patas ayuda al robot a moverse directamente sobre ellos”, dijo Ozkan-Aydin. “Pueden probar brechas en un camino, construyendo un puente con sus cuerpos; mover objetos individualmente; o conectarse para mover objetos colectivamente en diferentes tipos de entornos, no muy diferente a las hormigas.”

Los robots se probaron en una variedad de superficies, como césped, mantillo, hojas y bellotas. Los experimentos en suelo plano incluyeron tableros de partículas y escaleras con espuma de aislamiento, y otras pruebas incluyeron alfombras de pelo largo y bloques de madera rectangulares.

Si una unidad individual se atascaba, enviaba una señal a robots adicionales. Estos robots se conectaban entre sí para apoyarse mutuamente a través de obstáculos mientras trabajaban de manera colaborativa.

Según Ozkan-Aydin, la nueva investigación podría ayudar en el diseño de enjambres de robots con patas de bajo costo que puedan adaptarse a situaciones impredecibles y realizar tareas cooperativas como misiones de búsqueda y rescate, transporte colectivo de objetos y exploración espacial. Ahora se centrará en mejorar las capacidades de control, detección y potencia de los sistemas.

“Para sistemas de enjambre funcionales, la tecnología de baterías necesita mejorar”, dijo. “Necesitamos baterías pequeñas que puedan proporcionar más potencia, idealmente durando más de 10 horas. De lo contrario, el uso de este tipo de sistema en el mundo real no es sostenible.” Otras limitaciones incluyen la necesidad de más sensores y motores más potentes — mientras se mantiene el tamaño de los robots pequeño.

“Debes pensar en cómo los robots funcionarían en el mundo real, así que debes pensar en cuánta potencia se requiere, el tamaño de la batería que usas. Todo está limitado, así que debes tomar decisiones con cada parte de la máquina.”