En 1939, un ingeniero ruso propuso un "submarino volador", un vehículo que puede pasar sin problemas del aire al agua y viceversa. Si bien puede parecer algo sacado de una película de James Bond, los ingenieros han estado tratando de diseñar funcionalmentevehículos acuáticos aéreos durante décadas con poco éxito. Ahora, los ingenieros pueden estar un paso más cerca del esquivo submarino volador.
El mayor desafío son los requisitos de diseño en conflicto: los vehículos aéreos requieren grandes superficies de sustentación como alas o velas para generar elevación, mientras que los vehículos submarinos deben minimizar el área de superficie para reducir la resistencia.
Para resolver esto, los ingenieros de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard SEAS tomaron una pista de los frailecillos. Las aves con picos extravagantes son uno de los vehículos híbridos más expertos de la naturaleza, emplean movimientos de aleteo similares para impulsarse a sí mismosaire como a través del agua
"A través de varios estudios teóricos, computacionales y experimentales, encontramos que la mecánica de la propulsión del aleteo es en realidad muy similar en el aire y en el agua", dijo Kevin Chen, un estudiante graduado en el Laboratorio de Microrobotics de Harvard en SEAS. "En ambos casos, el ala se mueve hacia adelante y hacia atrás. La única diferencia es la velocidad a la que se mueve el ala ".
Viniendo del Harvard Microrobotics Lab, este descubrimiento solo puede significar una cosa: nadar RoboBees.
Por primera vez, los investigadores de SEAS han demostrado un robot volador, nadador, similar a un insecto, allanando el camino para futuros vehículos robóticos acuáticos aéreos dobles. La investigación se presentó recientemente en un documento en la Conferencia Internacional sobre Robots Inteligentes ySistemas en Alemania, donde el primer autor Chen aceptó el premio al mejor trabajo estudiantil.
El documento fue escrito por el estudiante de posgrado Farrell Helbling, los becarios posdoctorales Nick Gravish y Kevin Ma, y Robert J. Wood, el profesor de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Charles River en SEAS y miembro de la Facultad del Instituto Wyss para Biológicamente InspiradoIngenieria.
El Harvard RoboBee, diseñado en el laboratorio de Wood, es un microrobot, más pequeño que un sujetapapeles, que vuela y flota como un insecto, agitando sus pequeñas alas casi invisibles 120 veces por segundo. Para hacer la transición del aire al agua, el equipo primero tuvo que resolver el problema de la tensión superficial. El RoboBee es tan pequeño y liviano que no puede romper la tensión superficial del agua. Para superar este obstáculo, el RoboBee se cierne sobre el agua en ángulo, apaga momentáneamentealas, y se estrella sin ceremonias en el agua para hundirse.
Luego, el equipo tuvo que tener en cuenta la mayor densidad del agua.
"El agua es casi 1,000 veces más densa que el aire y rompería el ala del RoboBee si no ajustamos su velocidad de aleteo", dijo Helbling, el segundo autor del artículo.
El equipo redujo la velocidad del ala de 120 aletas por segundo a nueve, pero mantuvo los mecanismos de aleteo y el diseño de las bisagras iguales. Un RoboBee que nada cambia su dirección ajustando el ángulo de golpe de las alas, de la misma manera que lo hace en el aire.una versión voladora, todavía está atado a una fuente de energía. El equipo evitó que el RoboBee se acortara mediante el uso de agua desionizada y cubriendo las conexiones eléctricas con pegamento.
Si bien este RoboBee puede moverse sin problemas del aire al agua, aún no puede pasar del agua al aire porque no puede generar suficiente elevación sin romper una de sus alas. Resolver ese desafío de diseño es la siguiente fase de la investigación, segúnChen.
"Lo que es realmente emocionante de esta investigación es que nuestro análisis de la locomoción de aleteo no se limita a vehículos con escamas de insectos", dijo Chen. "Desde insectos con escamas milimétricas hasta peces y pájaros con escalas de un metro, la locomoción con aletas abarca ungama de tamaños. Esta estrategia tiene el potencial de adaptarse a diseños robóticos aéreos-acuáticos más grandes ".
"Los robots bioinspirados, como el RoboBee, son herramientas invaluables para una serie de experimentos interesantes, en este caso sobre la mecánica de fluidos de láminas de aleteo en diferentes fluidos", dijo Wood. "Todo esto es posible gracias a la capacidad de construirdispositivos complejos que recrean fielmente algunas de las características de los organismos de interés "
Esta investigación fue financiada por la National Science Foundation y el Wyss Institute for Biological Inspired Engineering.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Harvard . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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