INVESTIGACIÓN Y DISEÑO


Un calamar robot impreso en 3D para explorar el fondo marino

12/10/2020

CATEGORíA: Diseños



Fabricado, principalmente, de materiales blandos como polímero acrílico, con algunas piezas rígidas, impresas en 3D y cortadas con láser, este “cefalópodo” es capaz de moverse a gran velocidad


Ingenieros de la Universidad de California, en San Diego, han construido un robot parecido a un calamar que puede nadar sin ataduras, impulsándose generando chorros de agua. El robot lleva su propia fuente de energía dentro de su cuerpo y lleva un sensor, como una cámara, para la exploración submarina.

 

"Básicamente, recreamos todas las características clave que utilizan los calamares para nadar a alta velocidad", afirma Michael T. Tolley, uno de los autores principales del artículo y profesor en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la UC San Diego. "Este es el primer robot sin ataduras que puede generar pulsos de chorro para una locomoción rápida como el calamar y puede lograr estos pulsos de chorro cambiando la forma de su cuerpo, lo que mejora la eficiencia de la natación".

 

El uso de robots blandos en la exploración submarina es importante para proteger peces y corales, que podrían resultar dañados por robots rígidos. Pero los robots blandos tienden a moverse lentamente y tienen dificultades para maniobrar.

 

El equipo de investigación, que incluye a expertos en simulaciones por computadora, así como en dinámica de fluidos experimental, recurrió a los cefalópodos como un buen modelo para resolver algunos de estos problemas. El calamar, por ejemplo, puede alcanzar las velocidades más rápidas de cualquier invertebrado acuático gracias a un mecanismo de propulsión a chorro.

 

Su robot toma un volumen de agua en su cuerpo mientras almacena energía elástica en su piel y costillas flexibles. Luego libera esta energía al comprimir su cuerpo y genera un chorro de agua para impulsarse.

 

En reposo, el robot de calamar tiene aproximadamente la forma de una linterna de papel y tiene nervaduras flexibles, que actúan como resortes, a lo largo de sus lados. Las nervaduras están conectadas a dos placas circulares en cada extremo del robot. Uno de ellos está conectado a una boquilla que absorbe agua y la expulsa cuando el cuerpo del robot se contrae. La otra placa puede llevar una cámara a prueba de agua o un tipo diferente de sensor.

 

Los ingenieros probaron por primera vez el robot en un banco de pruebas de agua en el laboratorio del profesor Geno Pawlak, en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de UC San Diego. Luego lo sacaron a nadar en uno de los tanques del Acuario Birch de UC San Diego en el Scripps Institution of Oceanography.

 

Demostraron que el robot podía conducir ajustando la dirección de la boquilla. Al igual que con cualquier robot submarino, la impermeabilización era una preocupación clave para los componentes eléctricos como la batería y la cámara. Ellos registraron la velocidad del robot a aproximadamente 18 a 32 centímetros por segundo (aproximadamente media milla por hora), que es más rápido que la mayoría de los otros robots suaves. robots.

 

“Después de que pudimos optimizar el diseño del robot para que nadara en un tanque en el laboratorio, fue especialmente emocionante ver que el robot pudo nadar con éxito en un gran acuario entre corales y peces, demostrando su viabilidad para aplicaciones del mundo real”, afirma Caleb Christianson, quien dirigió el estudio como parte de su Ph.D. trabajar en el grupo de investigación de Tolley. Ahora es ingeniero senior de dispositivos médicos en Dexcom, con sede en San Diego.

 

Los investigadores llevaron a cabo varios experimentos para encontrar el tamaño y la forma óptimos de la boquilla que impulsaría al robot. Esto, a su vez, les ayudó a aumentar la eficiencia del robot y su capacidad para maniobrar e ir más rápido. Esto se hizo principalmente simulando este tipo de propulsión a chorro, trabajo que fue dirigido por el profesor Qiang Zhu y su equipo en el Departamento de Ingeniería Estructural de la UC San Diego. El equipo también aprendió más sobre cómo se puede almacenar energía en el componente elástico del cuerpo y la piel del robot, que luego se libera para generar un chorro.

 

Más información en www.ucsdnews.ucsd.edu

 

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