Los animales en sus entornos naturales cambian sin esfuerzo sus movimientos para cazar, escapar de los depredadores y viajar con sus manadas todos los días.
Al perseguir cucarachas a través de una carrera de obstáculos y estudiar sus movimientos, los ingenieros de Johns Hopkins que le trajeron el robot cucaracha y el robot serpiente descubrieron que las transiciones de movimiento de los animales correspondían a la superación de las barreras de energía potenciales y que pueden moverse para atravesar obstáculos enterreno complejo.
Se publicará un informe de los hallazgos el 15 de junio en Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Nuestros hallazgos ayudarán a que los robots sean más robustos y amplíen su rango de movimiento en el mundo real", dice Chen Li, físico, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad Johns Hopkins y autor principal del artículo.
Con los robots móviles a punto de integrarse en la sociedad, es importante que puedan moverse por el mundo que los rodea con facilidad y eficiencia, dice Li. Mientras que algunos robots móviles como los autos sin conductor y las aspiradoras de robots ya son excelentes para navegar en planosuperficies y la transición entre movimientos por ejemplo, avance, giros en U y detención para evitar obstáculos alrededor de los obstáculos, muchos usos críticos como búsqueda y rescate en escombros, inspección y monitoreo en edificios y exploración espacial a través de rocas requieren robots para interactuar físicamente consu terreno para atravesar, en lugar de simplemente evitar, obstrucciones.
"Los robots de búsqueda y rescate no pueden operar únicamente evitando obstáculos, como un robot de vacío trataría de evitar un sofá", dice Ratan Othayoth, un estudiante graduado en el laboratorio de Li y el primer autor del estudio.
"Estos robots deben atravesar los escombros y, para hacerlo, deben usar diferentes tipos de movimiento en tres dimensiones".
Sin embargo, los robots aún luchan por hacerlo porque los científicos no tienen una comprensión clara de cómo la interacción física de un robot con el terreno complejo afecta su capacidad de transición entre diferentes movimientos. Comprender esto en animales puede permitir a los investigadores construir robots más dinámicos,dicen los investigadores
Para investigar esto, Othayoth creó una carrera de obstáculos de "vigas", o placas plegables altas montadas en resortes, destinadas a replicar hojas flexibles de hierba, y rastreó cómo las cucarachas hicieron la transición entre dos tipos de movimientos tridimensionales para pasarlas vigas. Los dos movimientos fueron: un "lanzamiento", o cuando las cucarachas levantaron su cuerpo para empujar contra las vigas hasta que se doblaron lo suficiente como para ceder, lo cual es extenuante, y un "rodar", cuando las cucarachas rodaronespacio entre las vigas para deslizarse, lo cual es más fácil.
Los investigadores reconstruyeron digitalmente los movimientos tridimensionales de las cucarachas y los haces para ver cómo se veían los movimientos de cabeceo y balanceo en un paisaje de energía potencial: un mapa que muestra cómo el animal 'y los haces' cambian la energía potencial total a medida que el cuerpo del animalse mueve hacia las vigas y gira. Este mapa describe el efecto combinado de la gravedad y las fuerzas de flexión elásticas de las vigas que actúan sobre el cuerpo del animal, al igual que un campo de gravedad o un campo eléctrico puede describir las fuerzas que actúan sobre una masa o carga puntual. La diferencia esque el animal es autopropulsado y experimenta fuerzas adicionales de fricción y amortiguación, lo que aumenta la complejidad del movimiento resultante.
Este panorama energético reveló que la transición de un movimiento de lanzamiento a balanceo es la transición de una "cuenca" de energía a otra en el paisaje.
"Imagina que tienes un tazón y le pones una canica. Esa canica irá al fondo del tazón donde está más estable. Cada vez que una cucaracha hizo un movimiento, fueron empujados hacia el fondo del tazón", explicaLi. "Encontramos que cada tipo de movimiento puede ser descrito por uno de esos tazones".
"Ahora imagina que tienes dos cuencos. Cuando la cucaracha hizo la transición de un lanzamiento a un movimiento de balanceo, fue como si saltaran del fondo de un cuenco al fondo del otro cuenco".
Esto muestra que para hacer la transición de un tipo de movimiento a otro, los insectos tienen que superar los lados del primer tazón, o en otras palabras, tener suficiente energía para superar la barrera de energía.
Los investigadores descubrieron que las patas temblorosas de la cucaracha sacudían el cuerpo para darle suficiente energía para superar la barrera de un tono más intenso a un movimiento de balanceo más fácil, facilitando el recorrido.
El equipo también construyó un robot para emular el comportamiento de las cucarachas y cambió aún más cuánto temblaba. Cuanto más temblaba el robot, más energía tenía para superar la barrera de energía para pasar de empujar a través de las vigas para rodar en la brechaatravesar.
Estos resultados explican por qué los robots con patas que tiemblan mucho como RHex, un robot de seis patas que ha existido durante décadas y que se puede ver comúnmente en los medios populares son sorprendentemente buenos para atravesar grandes obstáculos, incluso sin usar ningún sensoro planificación cuidadosa del movimiento.
"Esta estrategia de 'solo sacúdete' es la forma más ingenua de hacer la transición", dice Li. "Los animales pueden, y los robots deberían, agregar ajustes más cuidadosos y activos para hacerlo mejor. Eso eslo que estamos buscando como el próximo paso "
Este nuevo enfoque de los paisajes energéticos, según Li y su equipo, aclara cómo los animales usan la interacción física para la transición entre diferentes tipos de movimientos, y guiará a los robots para que lo hagan mejor para atravesar terrenos tridimensionales complejos como escombros de terremoto.
"Si tiene éxito, el marco desarrollado por el equipo del profesor Li será un gran avance en nuestra capacidad de realizar robots rápidos y robustos capaces de negociar hábilmente el terreno desordenado", dice Samuel Stanton, gerente de programa, Oficina de Investigación del Ejército, un elemento deLaboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU.
La Oficina de Investigación del Ejército, un Premio de Carrera del Fondo Burrough Wellcome en la Interfaz Científica, un premio Beckman Young Investigator de la Fundación Arnold & Mabel Beckman y los fondos iniciales de la Escuela de Ingeniería Whiting de la Universidad Johns Hopkins proporcionaron fondos para esta investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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