El robot mariposa es el robot nadador más rápido hasta la fecha

Inspirándose en la biomecánica de las mantarrayas, los investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte desarrollaron un robot flexible y de bajo consumo que puede nadar hasta cuatro veces más rápido que los robots de natación suave anteriores. Los robots se llaman «robots mariposa», porque su movimiento de natación es similar a la forma en que los brazos de una persona se mueven cuando nadan en estilo mariposa.

dice Ji Yin, autor del documento de trabajo y profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial en NC State. «Queríamos basarnos en la biomecánica de estos animales para ver si podíamos desarrollar robots blandos más rápidos y con mayor eficiencia energética. Los prototipos que desarrollamos están funcionando muy bien».

Los investigadores han desarrollado dos tipos de robots mariposa. Uno fue construido específicamente para la velocidad y era capaz de velocidades promedio de 3,74 longitudes corporales por segundo. El segundo está diseñado para ser altamente maniobrable, capaz de realizar giros bruscos hacia la derecha o hacia la izquierda. Este prototipo altamente maniobrable era capaz de alcanzar velocidades de 1,7 cuerpos de longitud por segundo.

«Los investigadores que estudian la aerodinámica y la biomecánica usan algo llamado número de Strohal para evaluar la eficiencia energética de los animales que vuelan y nadan», dice Yiding Qi, primer autor del artículo y doctorado reciente. Graduado del estado de Carolina del Norte. La eficiencia de propulsión máxima se produce cuando un animal nada o vuela con un número de Strohal entre 0,2 y 0,4. Ambos robots mariposa tenían números de Strohal en este rango».

Los robots mariposa derivan su poder de natación de sus alas, que son «inestables», lo que significa que las alas tienen dos estados estables. El ala es similar a una pinza de pelo repentina. La pinza para el cabello permanece estable hasta que aplica cierta cantidad de energía (doblándola). Cuando la cantidad de energía alcanza un punto crítico, la pinza para el cabello adopta una forma diferente, que también es estable. Puede encontrar un video de los robots mariposa en https://youtu.be/Pi-2pPDWC1w.

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En los robots mariposa, las alas biestables inspiradas en pinzas para el cabello están unidas a un cuerpo de silicona suave. Los usuarios controlan el cambio entre los dos estados estables de las alas bombeando aire en las cámaras dentro del cuerpo blando. A medida que estas cámaras se hinchan y desinflan, el cuerpo se dobla hacia arriba y hacia abajo, lo que obliga a las alas a moverse de un lado a otro con ellas.

“La mayoría de los intentos anteriores de desarrollar robots con aleteo se centraron en el uso de motores para accionar las alas directamente”, dice Yin. «Nuestro enfoque utiliza alas biestables que se mueven pasivamente al mover el cuerpo central. Esta es una distinción importante, ya que permite un diseño aerodinámico que reduce el peso».

El robot mariposa más rápido tiene solo una «unidad de accionamiento», el cuerpo blando, que controla ambas alas. Esto lo hace muy rápido, pero difícil de girar a la izquierda oa la derecha. El robot mariposa maniobrable básicamente tiene dos unidades de conducción, que están conectadas una al lado de la otra. Este diseño permite a los usuarios manipular las alas en ambos lados, o «soltar» solo un ala, lo que le permite realizar giros bruscos.

“Este trabajo es una prueba de concepto emocionante, pero tiene limitaciones”, dice Yin. «Obviamente, los prototipos actuales están limitados por tubos delgados, que es lo que usamos para bombear aire a los cuerpos centrales. Actualmente estamos desarrollando una versión independiente y sin restricciones».

El artículo, «Capturando un nadador suave de alta velocidad y alta eficiencia que se asemeja a un golpe de mariposa», se publicará el 18 de noviembre en la revista de acceso abierto Science Advances. El artículo fue coautor de Yaoye Hong, PhD. estudiante en el estado de Carolina del Norte; y por Yao Zhao y Yanbin Li, dos investigadores postdoctorales en NC State. El trabajo se realizó con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias bajo las subvenciones CMMI-2005374 y CMMI-2126072.

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