Los motores a reacción pueden tener hasta 25,000 piezas individuales, lo que hace que el mantenimiento regular sea una tarea tediosa que puede llevar más de un mes por motor. Muchos componentes se encuentran en el interior del motor y no se pueden inspeccionar sin desmontar la máquina, lo que agrega tiempo y costosmantenimiento. Este problema no solo se limita a los motores a reacción, también; muchas máquinas costosas y complicadas como equipos de construcción, generadores e instrumentos científicos requieren grandes inversiones de tiempo y dinero para inspeccionar y mantener.
Investigadores del Instituto Wyss de Ingeniería Biológica de la Universidad de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson SEAS han creado un micro robot cuyas almohadillas electroadhesivas para los pies, las articulaciones del tobillo de origami y la marcha especialmente diseñada para caminar le permiten subiren superficies conductoras verticales y al revés, como las paredes interiores de un motor a reacción comercial. El trabajo se informa en Ciencia Robótica .
"Ahora que estos robots pueden explorar en tres dimensiones en lugar de moverse de un lado a otro en una superficie plana, hay un mundo completamente nuevo en el que pueden moverse y participar", dijo el primer autor Sébastien de Rivaz, un ex investigadorMiembro del Instituto Wyss y SEAS que ahora trabaja en Apple. "Un día podrían permitir la inspección no invasiva de áreas difíciles de alcanzar de máquinas grandes, ahorrando a las compañías tiempo y dinero y haciendo que esas máquinas sean más seguras".
El nuevo robot, llamado HAMR-E Harvard Ambulatory Micro-Robot with Electroadhesion, fue desarrollado en respuesta a un desafío emitido al Laboratorio de Microrobotics de Harvard por Rolls-Royce, que preguntó si sería posible diseñar y construir unejército de micro robots capaces de trepar dentro de partes de sus motores a reacción que son inaccesibles para los trabajadores humanos. Los robots trepadores existentes pueden abordar superficies verticales, pero experimentan problemas al tratar de trepar boca abajo, ya que requieren una gran cantidad de fuerza adhesiva paraevitar que se caigan
El equipo basó HAMR-E en uno de sus micro robots existentes, HAMR, cuyas cuatro patas le permiten caminar sobre superficies planas y nadar en el agua. Si bien el diseño básico de HAMR-E es similar al de HAMR, los científicos teníanpara resolver una serie de desafíos para lograr que HAMR-E se adhiera y atraviese con éxito las superficies verticales, invertidas y curvas que encontraría en un motor a reacción.
Primero, necesitaban crear almohadillas adhesivas para los pies que mantuvieran el robot unido a la superficie incluso al revés, pero que también se soltaran para permitir que el robot "camine" levantando y colocando sus pies. Las almohadillas consisten en una poliimidaelectrodo de cobre aislado, que permite la generación de fuerzas electrostáticas entre las almohadillas y la superficie conductora subyacente. Las almohadillas de los pies se pueden liberar y volver a enganchar fácilmente al encender y apagar el campo eléctrico, que funciona a un voltaje similar al requeridopara mover las patas del robot, lo que requiere muy poca potencia adicional. Las almohadillas electroadhesivas para los pies pueden generar fuerzas de corte de 5.56 gramos y fuerzas normales de 6.20 gramos, más que suficiente para evitar que el robot de 1.48 gramos se deslice hacia abajo o se caiga.Además de proporcionar altas fuerzas adhesivas, las almohadillas fueron diseñadas para poder flexionarse, permitiendo así que el robot se suba sobre superficies curvas o irregulares.
Los científicos también crearon nuevas articulaciones de tobillo para HAMR-E que pueden rotar en tres dimensiones para compensar las rotaciones de sus piernas mientras camina, lo que le permite mantener su orientación en su superficie de escalada. Las articulaciones se fabricaron con fibra de vidrio en capas ypoliimida, y plegado en una estructura similar a un origami que permite que los tobillos de todas las piernas giren libremente y se alineen pasivamente con el terreno a medida que HAMR-E sube.
Finalmente, los investigadores crearon un patrón de caminata especial para HAMR-E, ya que necesita tener tres almohadillas para los pies tocando una superficie vertical o invertida en todo momento para evitar que se caiga o se deslice. Un pie se suelta de la superficie, se balanceahacia adelante, y se vuelve a colocar mientras los tres pies restantes permanecen unidos a la superficie. Al mismo tiempo, el pie aplica una pequeña cantidad de torque diagonalmente frente al pie levantado para evitar que el robot se aleje de la superficie de escalada durante la piernafase de balanceo. Este proceso se repite para las otras tres patas para crear un ciclo de caminata completo, y se sincroniza con el patrón de cambio de campo eléctrico en cada pie.
Cuando HAMR-E se probó en superficies verticales e invertidas, fue capaz de lograr más de cien pasos seguidos sin separarse. Caminó a velocidades comparables a otros pequeños robots trepadores en superficies invertidas y un poco más lento que otros robots trepadoresen superficies verticales, pero fue significativamente más rápido que otros robots en superficies horizontales, por lo que es un buen candidato para explorar entornos que tienen una variedad de superficies en diferentes disposiciones en el espacio. También es capaz de realizar giros de 180 grados en superficies horizontales.
HAMR-E también maniobró con éxito alrededor de una sección curva e invertida de un motor a reacción mientras permanecía conectado, y sus articulaciones pasivas de tobillo y almohadillas adhesivas de pie pudieron acomodar las características rugosas e irregulares de la superficie del motor simplemente aumentando el voltaje de electroadhesión.
El equipo continúa refinando HAMR-E, y planea incorporar sensores en sus patas que pueden detectar y compensar las almohadillas de los pies desprendidas, lo que ayudará a evitar que se caiga de las superficies verticales o invertidas. La capacidad de carga útil de HAMR-E estambién mayor que su propio peso, lo que abre la posibilidad de llevar una fuente de alimentación y otros dispositivos electrónicos y sensores para inspeccionar varios entornos. El equipo también está explorando opciones para usar HAMR-E en superficies no conductoras.
"Esta iteración de HAMR-E es el primer y más convincente paso para demostrar que este enfoque para un robot trepador a escala de centímetros es posible, y que tales robots podrían usarse en el futuro para explorar cualquier tipo de infraestructura, incluidos edificios, tuberías, motores, generadores y más ", dijo el autor correspondiente Robert Wood, Ph.D., quien es miembro fundador de la Facultad del Instituto Wyss, así como el Profesor Charles River de Ingeniería y Ciencias Aplicadas en SEAS.
"Si bien los científicos académicos son muy buenos para formular preguntas fundamentales para explorar en el laboratorio, a veces se requieren colaboraciones con científicos industriales que entienden los problemas del mundo real para desarrollar tecnologías innovadoras que puedan traducirse en productos útiles. Estamos entusiasmados porayudar a catalizar estas colaboraciones aquí en el Instituto Wyss, y ver los avances innovadores que surgen ", dijo el Director Fundador de Wyss, Donald Ingber, MD, Ph.D., quien también es el Profesor de Biología Vascular Judah Folkman en la Facultad de Medicina de Harvard y elPrograma de biología vascular en el Boston Children's Hospital y profesor de bioingeniería en SEAS.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada en Harvard . Original escrito por Lindsay Brownell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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