Revolucionando la exploración submarina: Pleobot de la Universidad de Brown descubre secretos del océano

Imagina una red sofisticada de robots interconectados y autodirigidos. Operan en unión, como un ballet acuático intrincado, navegando las profundidades oscuras del océano, realizando encuestas científicas detalladas y misiones de búsqueda y rescate de alto riesgo. Esta visión futurista se acerca cada vez más a la realidad, gracias a los investigadores de la Universidad de Brown, que están pioneros en el desarrollo de un nuevo tipo de robots de navegación submarina. Una de estas plataformas robóticas, llamada Pleobot, es la estrella de su estudio recientemente publicado en Scientific Reports.

Los krill, esos pequeños crustáceos que desempeñan un papel crucial en los ecosistemas marinos, son nadadores extraordinarios con capacidades excepcionales en maniobrabilidad, aceleración y giro. Sus habilidades atléticas remarables han inspirado a los investigadores de la Universidad de Brown a desarrollar Pleobot, una plataforma robótica compuesta por tres secciones articuladas que imitan el estilo de natación metacronal característico de los krill.

“Pleobot nos permite una resolución y control sin precedentes para investigar todos los aspectos del estilo de natación similar al de los krill que lo ayudan a destacarse en la maniobrabilidad submarina”, dice Sara Oliveira Santos, candidata a doctorado en la Escuela de Ingeniería de Brown y autora principal del estudio.

El equipo de investigación tiene como objetivo utilizar Pleobot como una herramienta integral para comprender el estilo de natación similar al de los krill y aprovechar el potencial de 100 millones de años de evolución para ingeniar robots mejores para la navegación oceánica.

Mecánica de Pleobot: Emulando las maravillas de la natación de los krill

El proyecto Pleobot es una colaboración internacional entre la Universidad de Brown y la Universidad Nacional Autónoma de México. Juntos, están descifrando los misterios de cómo los krill, conocidos como nadadores metacronales, navegan entornos marinos complejos y realizan migraciones verticales colosales de más de 1.000 metros dos veces al día, equivalentes a apilar tres edificios Empire State.

“Tenemos instantáneas de los mecanismos que utilizan para nadar de manera eficiente, pero no tenemos datos exhaustivos”, explica Nils Tack, asociado postdoctoral en el laboratorio de Wilhelmus en la Universidad de Brown.

El equipo ha construido y programado Pleobot para emular con precisión los movimientos de las patas de los krill y alterar la forma de los apéndices, proporcionando una comprensión más profunda de las interacciones entre fluidos y estructuras a nivel de apéndice.

Pioneros del futuro de los vehículos submarinos autónomos

Según los investigadores, la técnica de natación metacronal permite a los krill maniobrar de manera notable, mostrando una implementación secuencial de sus patas de natación en un movimiento ondulado. Esta característica es algo que creen que podría incorporarse en futuros sistemas de enjambre desplegables. Monica Martinez Wilhelmus, profesora asistente de Ingeniería en la Universidad de Brown, afirma: “Poder entender las interacciones entre fluidos y estructuras a nivel de apéndice nos permitirá tomar decisiones informadas sobre diseños futuros”.

Estos futuros enjambres robóticos podrían cartografiar los océanos de la Tierra, participar en misiones de búsqueda y rescate extensas o incluso explorar los océanos de lunas en nuestro sistema solar, como Europa. Wilhelmus agrega: “Las agregaciones de krill son un excelente ejemplo de enjambres en la naturaleza… Este estudio es el punto de partida de nuestra investigación a largo plazo para desarrollar la próxima generación de vehículos submarinos de detección autónomos”.

La importancia del diseño de Pleobot

La construcción de Pleobot implica un equipo multidisciplinario especializado en mecánica de fluidos, biología y mecatrónica. Sus componentes consisten principalmente en partes impresoras en 3D, y el diseño es de código abierto. Los investigadores han replicado el movimiento de apertura y cierre de las aletas birramas de los krill, lo que se cree que es una primicia para esta plataforma. El modelo se construye a diez veces la escala de los krill, que suelen tener el tamaño de un clip de papel, lo que permite una observación y análisis más precisos.

“En el estudio publicado, revelamos la respuesta a uno de los muchos mecanismos desconocidos de la natación de los krill: cómo generan sustentación para no hundirse mientras nadan hacia adelante”, dice Oliveira Santos. “Pudimos descubrir ese mecanismo utilizando el robot”, agrega Yunxing Su, asociado postdoctoral en el laboratorio. Descubrieron que una región de baja presión en la parte posterior de las patas de natación contribuye a la fuerza de sustentación durante la fase de potencia de las patas en movimiento, un hallazgo crucial para comprender y replicar la natación eficiente de los krill.

El trabajo pionero del equipo de la Universidad de Brown con Pleobot marca un avance significativo en la búsqueda de desarrollar la próxima generación de vehículos submarinos de detección autónomos. Las posibilidades parecen tan vastas como los océanos que estos robots están diseñados para explorar.