La mayor parte del mundo está cubierta de océanos, que lamentablemente están muy contaminados.
por Linda Behringer, Sociedad Max Planck
Una de las estrategias para combatir las montañas de desechos que se encuentran en estos ecosistemas tan sensibles, especialmente alrededor de los arrecifes de coral, es emplear robots para dominar la limpieza. Sin embargo, los robots submarinos existentes son en su mayoría voluminosos con cuerpos rígidos, incapaces de explorar y tomar muestras en entornos complejos y no estructurados, y son ruidosos debido a los motores eléctricos o las bombas hidráulicas.
Para un diseño más adecuado, los científicos del Instituto Max Planck de Sistemas Inteligentes (MPI-IS) en Stuttgart buscaron inspiración en la naturaleza. Configuraron un robot inspirado en las medusas, versátil, energéticamente eficiente y casi silencioso, del tamaño de una mano. Jellyfish-Bot es una colaboración entre los departamentos de Inteligencia Física y Materiales Robóticos de MPI-IS. “Una plataforma robótica versátil similar a una medusa para una propulsión y manipulación submarina eficaz” se publicó en Science Advances .
Para construir el robot, el equipo utilizó actuadores electrohidráulicos a través de los cuales fluye la electricidad. Los actuadores sirven como músculos artificiales que impulsan al robot. Alrededor de estos músculos hay cojines de aire, así como componentes blandos y rígidos que estabilizan el robot y lo hacen impermeable. De esta manera, el alto voltaje que pasa por los actuadores no puede entrar en contacto con el agua circundante.
Una fuente de alimentación proporciona electricidad periódicamente a través de cables delgados, lo que hace que los músculos se contraigan y expandan. Esto permite que el robot nade con gracia y cree remolinos debajo de su cuerpo.
“Cuando una medusa nada hacia arriba, puede atrapar objetos a lo largo de su camino, ya que crea corrientes alrededor de su cuerpo. De esta manera, también puede recolectar nutrientes. Nuestro robot también hace circular el agua a su alrededor. Esta función es útil para recolectar objetos. como partículas de desecho. Luego puede transportar la basura a la superficie, donde luego se puede reciclar. También puede recolectar muestras biológicas frágiles, como huevos de peces. Mientras tanto, no hay un impacto negativo en el medio ambiente circundante. La interacción con especies acuáticas es suave y casi sin ruido”, explica Tianlu Wang.Jugar
Crédito: Avances científicos (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg0292
Es postdoctorado en el Departamento de Inteligencia Física de MPI-IS y primer autor de la publicación.
Su coautor Hyeong-Joon Joo del Departamento de Materiales Robóticos continúa: “Se estima que el 70 % de la basura marina se hunde en el lecho marino. Los plásticos constituyen más del 60 % de esta basura y tardan cientos de años en degradarse. Por lo tanto, vio una necesidad urgente de desarrollar un robot para manipular objetos como basura y transportarlos hacia arriba. Esperamos que los robots submarinos algún día puedan ayudar a limpiar nuestros océanos”.
Los Jellyfish-Bots son capaces de mover y atrapar objetos sin contacto físico, operando solos o con varios en combinación. Cada robot funciona más rápido que otros inventos comparables, alcanzando una velocidad de hasta 6,1 cm/s. Además, Jellyfish-Bot solo requiere una baja potencia de entrada de alrededor de 100 mW.
Y es seguro para los humanos y los peces si el material de polímero que aísla al robot algún día se rompe. Mientras tanto, el ruido del robot no se puede distinguir de los niveles de fondo. De esta manera, Jellyfish-Bot interactúa suavemente con su entorno sin molestarlo, al igual que su contraparte natural.
El robot consta de varias capas: algunas endurecen el robot, otras sirven para mantenerlo a flote o aislarlo. Otra capa de polímero funciona como una piel flotante. Los músculos artificiales eléctricos conocidos como HASEL están incrustados en el medio de las diferentes capas. Los HASEL son bolsas de plástico llenas de dieléctrico líquido que están parcialmente cubiertas por electrodos. La aplicación de un alto voltaje a través de un electrodo lo carga positivamente, mientras que el agua que lo rodea se carga negativamente.
Esto genera una fuerza entre el electrodo con carga positiva y el agua con carga negativa que empuja el aceite dentro de las bolsas de un lado a otro, lo que hace que las bolsas se contraigan y se relajen, lo que se asemeja a un músculo real. Los HASEL pueden soportar las altas tensiones eléctricas generadas por los electrodos cargados y están protegidos contra el agua por una capa aislante. Esto es importante, ya que los músculos HASEL nunca antes se habían utilizado para construir un robot submarino.
El primer paso fue desarrollar Jellyfish-Bot con un electrodo con seis dedos o brazos. En el segundo paso, el equipo dividió el electrodo único en grupos separados para actuar de forma independiente.
“Conseguimos agarrar objetos haciendo que cuatro de los brazos funcionaran como una hélice y los otros dos como una pinza. O accionamos solo un subconjunto de los brazos para dirigir el robot en diferentes direcciones. También analizamos cómo puede operar un colectivo de varios robots. Por ejemplo, tomamos dos robots y les permitimos recoger una máscara, lo cual es muy difícil para un solo robot. Dos robots también pueden cooperar para transportar cargas pesadas. Sin embargo, en este punto, nuestro Jellyfish-Bot necesita un cable. Esto es un inconveniente si realmente queremos usarlo algún día en el océano”, dice Hyeong-Joon Joo.
Quizás los cables que alimentan a los robots pronto serán cosa del pasado. “Nuestro objetivo es desarrollar robots inalámbricos. Afortunadamente, hemos dado el primer paso hacia este objetivo. Hemos incorporado todos los módulos funcionales, como la batería y las partes de comunicación inalámbrica, para permitir la futura manipulación inalámbrica”, continúa Tianlu Wang.
El equipo adjuntó una unidad de flotabilidad en la parte superior del robot y una batería y un microcontrolador en la parte inferior. Luego llevaron su invento a nadar en el estanque del campus Max Planck de Stuttgart y pudieron conducirlo con éxito. Sin embargo, hasta el momento no han podido dirigir al robot inalámbrico para que cambie de rumbo y nade hacia el otro lado. Conociendo al equipo, no tomará mucho tiempo lograr este objetivo.
Más información: Tianlu Wang et al, Una plataforma robótica versátil similar a una medusa para una propulsión y manipulación submarinas efectivas, Science Advances (2023). DOI: 10.1126/sciadv.adg0292
