El concepto de caminar sobre el agua puede sonar sobrenatural, pero en realidad es un fenómeno bastante natural. Muchas pequeñas criaturas vivientes aprovechan la tensión superficial del agua para maniobrar. Una de las maniobras más complejas, saltar sobre el agua, se logra medianteespecies de insectos semiacuáticos llamados zancudas que no solo rozan la superficie del agua sino que también generan suficiente empuje hacia arriba con sus patas para lanzarse desde el aire.
Ahora, emulando esta forma natural de locomoción a base de agua, un equipo internacional de científicos de la Universidad Nacional de Seúl, Corea SNU, el Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard, ha presentado un nuevo insecto robótico que puede saltar de la superficie del agua. Al hacerlo, han revelado nuevos conocimientos sobre la mecánica natural que permite a los zancudos saltar desde el suelo rígido o el agua fluida con la misma cantidad de potencia y altura.el trabajo se informa en la edición del 31 de julio de ciencia .
"La superficie del agua debe presionarse a la velocidad correcta durante un período de tiempo adecuado, hasta una cierta profundidad, para lograr el salto", dijo el coautor principal del estudio, Kyu Jin Cho, profesor asociado en el Departamento deIngeniería Mecánica y Aeroespacial y Director del Laboratorio de Biorobótica de la Universidad Nacional de Seúl. "El caminante acuático es capaz de hacer todas estas cosas sin problemas".
El caminante acuático, cuyas patas tienen puntas ligeramente curvadas, emplea un movimiento giratorio de la pierna para ayudarlo a despegar de la superficie del agua, descubrió el coautor principal Ho-Young Kim, profesor del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de SNU y Directordel Laboratorio de Mecánica de Fluidos Micro de SNU. Kim, ex becaria visitante del Instituto Wyss, trabajó con el coautor del estudio Eunjin Yang, un investigador graduado en el laboratorio de Mecánica de Fluidos Micro de SNU, para recolectar zancudas y tomar videos extensos de sus movimientos para analizarla mecánica que permite a los insectos rozar y saltar de la superficie del agua.
Le llevó al equipo varios intentos de prueba y error para comprender completamente la mecánica del caminante acuático, utilizando prototipos robóticos para probar y dar forma a sus hipótesis.
"Si aplica tanta fuerza lo más rápido posible sobre el agua, las extremidades atravesarán la superficie y no llegará a ninguna parte", dijo Robert Wood, Ph.D., coautor del estudio, miembro de la Facultad Core del Instituto Wyss, Profesor Charles River de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en la Escuela Harvard Paulson y fundador del Laboratorio de Microrobótica de Harvard.
Pero al estudiar las zancudas en comparación con los prototipos iterativos de su insecto robótico, el equipo de SNU y Harvard descubrió que la mejor manera de saltar fuera del agua es mantener el contacto de las piernas con el agua durante el mayor tiempo posible durante el movimiento de salto.
"Usando sus patas para empujar hacia abajo sobre el agua, el caminante de agua natural ejerce la cantidad máxima de fuerza justo por debajo del umbral que rompería la superficie del agua", dijo el coautor del estudio, Je-Sung Koh, Ph.D., quien cursó su doctorado en SNU durante la mayoría de esta investigación y ahora es becario postdoctoral en el Instituto Wyss y en la Harvard Paulson School.
Imitando estas mecánicas, el insecto robótico construido por el equipo puede ejercer hasta 16 veces su propio peso corporal en la superficie del agua sin penetrar, y puede hacerlo sin controles complicados. Muchos organismos naturales como el zancudo pueden realizar actividades extremasestilos de locomoción, como volar, flotar, nadar o saltar sobre el agua, con gran facilidad a pesar de la falta de habilidades cognitivas complejas.
"Esto se debe a su morfología natural", dijo Cho. "Es una forma de inteligencia física o encarnada, y podemos aprender de este tipo de inteligencia física para construir robots que sean igualmente capaces de realizar maniobras extremas sin muchascontroles complejos o inteligencia artificial "
El insecto robótico se construyó utilizando un "mecanismo de catapulta de inversión de torque" inspirado en la forma en que salta una pulga, lo que permite este tipo de locomoción extrema sin control inteligente. Cho, Wood y Koh lo informaron por primera vez en 2013 en la Conferencia Internacionalen robots y sistemas inteligentes.
Para que el insecto robótico salte del agua, el mecanismo de catapulta liviana utiliza una explosión de impulso junto con un empuje limitado para impulsar el robot fuera del agua sin romper la superficie del agua. Un mecanismo de disparo automático, construido con materiales compuestos y actuadores, fueempleado para activar la catapulta.
Para producir el cuerpo del insecto robótico, se utilizó la fabricación "emergente" para crear estructuras compuestas plegadas que se autoensamblan como los componentes plegables que "emergen" en los libros en 3D. Diseñado por ingenieros del Harvard PaulsonSchool y el Instituto Wyss, este ingenioso proceso de estratificación y plegado permite la fabricación rápida de microrobots y una amplia gama de dispositivos electromecánicos.
"Los insectos robóticos resultantes pueden alcanzar el mismo impulso y altura que se podrían generar durante un salto rápido en terreno firme, pero en cambio pueden hacerlo en el agua, extendiendo el empuje de salto durante un período de tiempo más largo y enmantener un contacto prolongado con la superficie del agua ", dijo Wood.
"Esta colaboración internacional de biólogos y robotistas no solo ha investigado la naturaleza para desarrollar un novedoso robot bioinspirado semiacuático que realiza una nueva forma extrema de locomoción robótica, sino que también nos ha proporcionado nuevas ideas sobre la mecánica natural en juegoen caminantes acuáticos ", dijo el Director Fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D.
Los coautores adicionales del estudio incluyen a Gwang-Pil Jung, un candidato a doctorado en el Laboratorio de Biorobóticos de SNU; Sun-Pill Jung, un candidato a MS en el Laboratorio de Biorobóticos de SNU; Jae Hak Son, quien obtuvo su Ph.D.en el Laboratorio de Ecología y Evolución del Comportamiento de SNU; Sang-Im Lee, Ph.D., que es Profesor Asociado de Investigación en el Instituto de Máquinas y Diseño Avanzado de SNU y Profesor de Investigación Adjunto en el Laboratorio de Ecología y Evolución del Comportamiento de SNU; y Piotr Jablonski,Ph.D., que es profesor en el Laboratorio de Ecología y Evolución del Comportamiento de la SNU.
Este trabajo fue apoyado por la Fundación Nacional de Investigación de Corea, la financiación del Centro de Investigación de Robots Bio-Miméticos de la Administración del Programa de Adquisición de Defensa y el Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en la Universidad de Harvard.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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