Ingenieros en robótica crean cucarachas cyborg, moscas robóticas y más

Los robots pesados ​​están limitados en lo que pueden hacer. La construcción de robots más pequeños y ágiles, similares a cómo se mueven y trabajan los insectos, podría ampliar enormemente las capacidades de los robots.

“Si pensamos en los trabajos de los insectos que los animales no pueden hacer, nos inspira a pensar en lo que pueden hacer los robots más pequeños y los que no pueden hacer los robots más grandes”, dijo Kevin Chen, profesor asistente de ingeniería eléctrica en el MIT.

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La mayoría de los desarrollos están en fase de investigación, años de comercialización. Pero ofrecen soluciones tentadoras para una variedad de industrias, incluida la respuesta a emergencias, la agricultura y la energía.

Los expertos dijeron que la investigación es acelerada por varias razones. Los sensores electrónicos son cada vez más pequeños y mejores, en gran parte debido a la investigación de los relojes inteligentes. Las tecnologías de fabricación han evolucionado, lo que facilita la construcción de piezas pequeñas. La tecnología de baterías pequeñas también está mejorando.

Pero aún quedan muchos desafíos. Los robots pequeños no pueden copiar la carga de trabajo de un robot más grande. Aunque las baterías están mejoradas, necesitan ser más pequeñas y más potentes. Las piezas en miniatura que convierten la energía en movimiento automatizado, llamadas actuadores, deben volverse más eficientes. Los sensores deben ser más ligeros.

«Comenzamos observando cómo los insectos resuelven estos problemas, y estamos logrando un progreso significativo», dijo Sawyer B. Fuller, profesor asistente que dirige el Laboratorio Autónomo de Robótica de Insectos de la Universidad de Washington. «Pero hay muchas cosas… que aún no tenemos».

Gran parte de la investigación de la robótica de insectos se puede dividir en unas pocas áreas, dijeron los investigadores. Algunos científicos están construyendo un robot completo para imitar el movimiento y el tamaño de insectos reales, como abejas y luciérnagas. Otros ponen dispositivos electrónicos y controlan insectos vivos, esencialmente creando cyborgs (seres con aspectos tanto orgánicos como mecánicos). Mientras que algunos están experimentando con un híbrido, conectando partes de un insecto vivo, como antenas, a un robot.

Los ingenieros robóticos comenzaron a buscar insectos en busca de inspiración hace unos 10 o 15 años. En ese momento, solo unos pocos laboratorios de investigación lo estaban estudiando. “Hace diez años, honestamente creo que sonaba más como ciencia ficción”, dijo Chen.

Pero a lo largo de los años, más investigadores han ingresado al espacio, en gran parte debido a los avances tecnológicos. Chen agregó que gran parte de la actividad ha sido impulsada por desarrollos en fibras de carbono y láseres, que pueden crear «características muy interesantes y estructuras complejas» a pequeña escala.

Los sensores electrónicos también han mejorado, en gran parte porque los teléfonos inteligentes y los relojes inteligentes estimularon la investigación para fabricar piezas electrónicas más pequeñas.

“Si piensas en tu teléfono inteligente, hay muchos sensores adentro”, dijo Chen. «Realmente puedes aprovechar muchos de estos sensores o poner esos sensores en robots a pequeña escala».

Kenjiro Fukuda, investigador del Instituto Riken para Dispositivos Delgados en Japón, lidera un equipo que conecta sensores impresos en 3D a grillos sibilantes de Madagascar. Los sensores actúan como una pequeña mochila que contiene paneles solares para energía; Un sensor de dientes azules para control remoto y computadoras especializadas se conecta al abdomen de la cucaracha y envía pequeñas descargas para dirigirla hacia la izquierda o hacia la derecha.

Fukuda imagina estas cucarachas cyborg ayudando en emergencias, como un terremoto. Dijo que los sobrevivientes pueden estar bajo los escombros y ser difíciles de ver a simple vista.

Las cucarachas se pueden controlar de forma remota, liberándolas entre los escombros usando sensores de dióxido de carbono y cámaras en sus espaldas, ayudando a encontrar personas que necesitan rescate.

«La gente grande no puede meterse entre los escombros», dijo Fukuda. «Los pequeños insectos o los pequeños robots pueden hacer eso».

Fukuda dijo que también podría aplicar este enfoque a otros insectos con caparazones grandes, como escarabajos y cigarras. Pero se deben realizar varias mejoras en el diseño de la batería y la cantidad de energía que consumen las piezas antes de que esta solución pueda implementarse en la vida real, dijo.

Cuando se trata de cyborgs, no todo el mundo está entusiasmado. Jeff Sebo, profesor de bioética animal en la Universidad de Nueva York, dijo que le preocupa que los insectos vivos se sientan controlados por los humanos mientras transportan tecnología pesada. Dijo que no está claro si sienten dolor o angustia por eso, pero eso no significa que los humanos deban ignorarlo.

“Ni siquiera hablamos de boquilla sobre su bienestar o sus derechos”, dijo. «Ni siquiera sugerimos que existan leyes, políticas o juntas de revisión para que podamos tratar de minimizar el daño que les estamos imponiendo».

Chen fabrica robots voladores a partir de luciérnagas. Estas son máquinas totalmente automatizadas que imitan la forma en que los insectos se mueven, se comunican y vuelan.

Inspirándose en la forma en que los insectos relámpagos usan la electroluminiscencia para brillar y comunicarse en la vida real, el equipo de Chen construyó músculos de vuelo artificiales suaves que controlan las alas del robot y emiten luces de colores mientras vuela.

Esto podría permitir que un enjambre de estos robots se comunique entre sí y podría usarse para polinizar cultivos en granjas verticales o incluso en el espacio, dijo Chen.

“Si quisiera cultivar en el espacio, [I want] Polinización «, dijo. «En este escenario, un robot volador sería mucho más conveniente que enviar abejas».

Fuller dijo que mira a los insectos cuando hace pequeños robots porque es mucho mejor que confiar en su imaginación. «Ves insectos haciendo locuras que no podrías hacer a nivel humano», dijo. «Solo estamos viendo cómo los insectos hacen eso».

El equipo de Fuller está trabajando en la construcción de una mosca robótica. Al igual que las cucarachas cyborg, las moscas se pueden usar para misiones de búsqueda y rescate. También se pueden desatar para que vuelen y busquen fugas de productos químicos en el aire o grietas en la infraestructura de tuberías.

“Abres una bolsa y estas pequeñas moscas robot vuelan”, dijo. «Luego, una vez que sepa dónde está la fuga, puede corregirla».

Fuller dijo que reconoce que hay un largo camino por recorrer antes de que sus bots puedan hacerlo. Sería difícil miniaturizar todos los sensores, paquetes de energía y piezas necesarias para que los robots transmitan datos y los envíen a los equipos. Hacer que las baterías sean lo suficientemente pequeñas pero lo suficientemente potentes para impulsar trabajos robóticos es un desafío abrumador. Los robots estables que pueden batir sus alas pero que también llevan sensores requieren más investigación de diseño.

A pesar de las dificultadesY el Los científicos también están trabajando para tomar partes de un insecto vivo, como las antenas de una polilla, y adjuntarlas a un robot que algún día podría leer datos de él, dijo. Dijo que este método híbrido podría ser un gran lugar para los investigadores en robótica de insectos.

«Creo que ese es el camino que debemos seguir», agregó Fuller. «Tome las piezas de biología que ya están funcionando bien y haga el resto de forma automatizada».