Las abejas robot del MIT podrían ser los polinizadores del futuro

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Preocupados por las alteraciones que puedan sufrir el clima de la Tierra acabar con todas las abejas¿Qué provocará una marcada disminución de la disponibilidad de frutas y verduras? No tema. Los investigadores del MIT afirman haber creado con éxito abejas robot que puede hacer el trabajo de abejas reales Igual de bien y quizás mejor en algunos casos. ¿Por qué necesitamos abejas robot? Porque pueden proporcionar un método más eficiente para la polinización artificial, lo que permitirá a los agricultores del futuro cultivar frutas y verduras dentro de almacenes de varios niveles. Eso a su vez aumentaría los rendimientos y mitigaría algunos de los efectos nocivos que la agricultura tradicional tiene sobre el medio ambiente.

Algún día, las abejas robot podrían salir en enjambre de colmenas mecánicas para realizar una polinización rápida y precisa. Inspirados en la anatomía de estos polinizadores naturales, los investigadores han revisado su diseño para producir pequeños robots aéreos que son mucho más ágiles y duraderos que las versiones anteriores. Las nuevas abejas robot pueden flotar durante unos 1,000 segundos, 100 veces más tiempo que antes. Los insectos robóticos, que pesan menos que un clip, pueden volar significativamente más rápido que robots similares mientras completan maniobras acrobáticas como volteretas dobles en el aire. Están diseñados para aumentar la precisión y la agilidad del vuelo al tiempo que minimizan la tensión mecánica en sus alas artificiales. Eso permitirá maniobras más rápidas, mayor resistencia y una vida útil más larga. El nuevo diseño también tiene suficiente espacio libre para que el robot pueda llevar pequeñas baterías o sensores, lo que podría permitirle volar por sí solo fuera del laboratorio.

“La cantidad de vuelo que demostramos en este artículo es probablemente mayor que la cantidad total de vuelo que nuestro campo ha podido acumular con estos insectos robóticos. Con la vida útil mejorada y la precisión de este robot, nos estamos acercando a algunas aplicaciones muy interesantes, como la polinización asistida”, dice Kevin Chen, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación. También es el jefe del Laboratorio de Robótica Blanda y Micro dentro del Laboratorio de Investigación de Electrónica y el autor principal de un artículo de acceso abierto sobre el nuevo diseño publicado en la revista Robótica Ciencia.

Las versiones anteriores del insecto robótico estaban compuestas por cuatro unidades idénticas, cada una con dos alas, combinadas en un dispositivo rectangular del tamaño de un microcassette. “Pero no hay ningún insecto que tenga ocho alas. En nuestro diseño anterior, el rendimiento de cada unidad individual siempre era mejor que el del robot ensamblado”, dice Chen. Esta caída del rendimiento se debía en parte a la disposición de las alas, que se soplaban aire entre sí al aletear, lo que reducía las fuerzas de sustentación que podían generar. El nuevo diseño corta el robot en dos. Cada una de las cuatro unidades idénticas tiene ahora un ala que aletea y apunta en dirección opuesta al centro del robot, lo que estabiliza las alas y aumenta sus fuerzas de sustentación. Con la mitad de alas, este diseño también libera espacio para que el robot pueda llevar componentes electrónicos.

Los investigadores también crearon transmisiones más complejas que conectan las alas a los actuadores, o músculos artificiales, que las mueven. Estas transmisiones duraderas, que requirieron el diseño de bisagras de alas más largas, reducen la tensión mecánica que limitaba la resistencia de las versiones anteriores. “En comparación con el robot antiguo, ahora podemos generar un par de control tres veces mayor que antes, por lo que podemos realizar vuelos de búsqueda de ruta muy sofisticados y muy precisos”, dice Chen.

Sin embargo, incluso con estas innovaciones de diseño, todavía hay una brecha entre los mejores insectos robóticos y los animales reales. Por ejemplo, una abeja tiene solo dos alas, pero puede realizar movimientos rápidos y muy controlados. “Las alas de las abejas están finamente controladas por un conjunto muy sofisticado de músculos. Ese nivel de ajuste fino es algo que realmente nos intriga, pero aún no hemos podido replicarlo”, dice.

Abejas robot 2.0

Las alas de las abejas robot son impulsadas por músculos artificiales: diminutos y blandos actuadores hechos de capas de elastómero intercaladas entre dos electrodos de nanotubos de carbono muy finos y luego enrollados en un cilindro blando. Los actuadores se comprimen y alargan rápidamente, generando una fuerza mecánica que hace que las alas se aleteen. En diseños anteriores, cuando los movimientos del actuador alcanzaban las frecuencias extremadamente altas necesarias para el vuelo, los dispositivos a menudo comenzaban a doblarse, lo que reducía la potencia y la eficiencia del robot. Las nuevas transmisiones inhiben este movimiento de flexión y pandeo, lo que reduce la tensión en los músculos artificiales y les permite aplicar más fuerza para batir las alas.

Otro nuevo diseño incluye una bisagra de ala larga que reduce la tensión de torsión que se experimenta durante el movimiento de aleteo. La fabricación de la bisagra, que mide unos 2 centímetros de largo pero solo 200 micrones de diámetro, fue uno de los mayores desafíos. “Si surge incluso un pequeño problema de alineación durante el proceso de fabricación, la bisagra del ala quedará inclinada en lugar de rectangular, lo que afecta la cinemática del ala”, afirma Chen.

Después de muchos intentos, los investigadores perfeccionaron un proceso de corte por láser de varios pasos que les permitió fabricar con precisión cada bisagra del ala. Con las cuatro unidades en su lugar, el nuevo insecto robótico puede flotar durante más de 1,000 segundos, lo que equivale a casi 17 minutos, sin mostrar ninguna degradación en la precisión del vuelo. “Cuando mi estudiante estaba realizando ese vuelo, dijo que fueron los 1,000 segundos más lentos que había pasado en toda su vida. El experimento fue extremadamente estresante”, dice Chen.

El nuevo robot alcanzó una velocidad media de 35 centímetros por segundo, el vuelo más rápido que han comunicado los investigadores, mientras realizaba volteretas y volteretas dobles. Incluso puede seguir con precisión una trayectoria que deletrea MIT. "Al final del día, hemos demostrado un vuelo que es 100 veces más largo que cualquier otro en el campo ha sido capaz de hacer, por lo que este es un resultado extremadamente emocionante", dice.

A continuación, Chen y sus estudiantes quieren ver hasta dónde pueden llevar este nuevo diseño, con el objetivo de lograr un vuelo de más de 10,000 segundos. Eso son casi 3 horas, lo que realmente debería poner a prueba la concentración de los estudiantes. Mejorar la precisión de los robots para que puedan aterrizar y despegar desde el centro de una flor también es parte del plan que tienen los investigadores para mejorar las abejas robot que han creado. Mirando más allá, los investigadores esperan instalar pequeñas baterías y sensores en los robots aéreos para que puedan volar y navegar fuera del laboratorio. "Esta nueva plataforma robótica es un resultado importante de nuestro grupo y conduce a muchas direcciones interesantes. Por ejemplo, la incorporación de sensores, baterías y capacidades informáticas en este robot será un enfoque central en los próximos tres a cinco años", dice Chen.

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Un saludo a Dan Allard.


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