Estás leyendo la publicación: Científicos construyen BirdBot energéticamente eficiente – Unite.AI
Un equipo de científicos del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes (MPI-IS) dirigido por Alexander Badri-Spröwitz ha construido una pata robótica basada en el modelo natural de las aves no voladoras. El nuevo BirdBot se creó con menos motores que otras máquinas y, en teoría, podría escalar a un tamaño grande.
Badri-Spröwitz lidera el Dynamic Locomotion Group, que realiza trabajos cruzados en los campos de la biología y la robótica. El equipo incluía a Alborz Aghamaleki Sarvestani, estudiante de doctorado de Badri-Spröwitz; Metin Sitti, roboticista y director de MPI-IS; y Monica A. Daley, profesora de biología en la Universidad de California, Irvine.
La investigación fue publicada en la revista ciencia robótica.
Mirando a las aves en la naturaleza
Las aves se basan en un movimiento que consiste en doblar las patas hacia atrás cuando están en la fase de balanceo, y el equipo atribuyó este movimiento a un acoplamiento mecánico.
“No es el sistema nervioso, no son impulsos eléctricos, no es actividad muscular”, dice Badri-Spröwitz. “Presumimos una nueva función del acoplamiento pie-pierna a través de una red de músculos y tendones que se extiende a través de múltiples articulaciones. Estos músculo-tendón de múltiples articulaciones coordinan el plegado del pie en la fase de balanceo. En nuestro robot, hemos implementado la mecánica acoplada en la pierna y el pie, lo que permite que el robot camine de manera eficiente y robusta. Nuestros resultados que demuestran este mecanismo en un robot nos llevan a creer que beneficios de eficiencia similares también son válidos para las aves”, explica.
El equipo probó su hipótesis construyendo una pata robótica modelada a partir de la pata de un pájaro no volador. La pata de pájaro artificial se construyó sin motor. En cambio, se basó en una junta que estaba equipada con un mecanismo de resorte y cable. Luego, los investigadores usaron cables y poleas para acoplar mecánicamente el pie a las articulaciones de la pierna. Cada una de estas piernas tiene un motor de la articulación de la cadera, que se encarga de balancear la pierna hacia adelante y hacia atrás, y un pequeño motor que tira de la pierna hacia arriba flexionando la rodilla.
BirdBot se probó en una cinta rodante mientras el equipo observaba cómo se plegaban y desdoblaban sus alimentos.
“Las articulaciones de los pies y las piernas no necesitan actuación en la fase de apoyo”, dice Aghamaleki Sarvestani.
“Los resortes impulsan estas articulaciones, y el mecanismo de resorte-tendón de múltiples articulaciones coordina los movimientos de las articulaciones. Cuando se tira de la pierna a la fase de balanceo, el pie desacopla el resorte de la pierna, o el resorte del músculo-tendón, como creemos que sucede en los animales”, continúa Badri-Spröwitz.
Energía cero al estar de pie
La pierna del robot no usa energía cuando está de pie, lo que significa que solo requiere una cuarta parte de la energía de su predecesor.
Cuando el robot está funcionando, el pie desengancha el resorte de la pierna con cada movimiento de la pierna. Para desconectarse, el gran movimiento del pie afloja el cable mientras que las articulaciones de las piernas restantes se balancean flojas. Esto crea una transición de estados entre estar de pie y balancear las piernas, que generalmente se proporciona a los robots mediante un motor en la articulación. Un sensor normalmente también envía una señal a un controlador que enciende y apaga los motores del robot.
“Anteriormente, los motores se cambiaban dependiendo de si la pierna estaba en la fase de balanceo o de apoyo. Ahora el pie asume esta función en la máquina para caminar, cambiando mecánicamente entre la postura y el balanceo. Solo necesitamos un motor en la articulación de la cadera y un motor para doblar la rodilla en la fase de balanceo. Dejamos el enganche y desenganche del resorte de la pierna a la mecánica inspirada en las aves. Esto es robusto, rápido y eficiente desde el punto de vista energético”, dice Badri-Spröwitz.
BirdBot es un modelo físico que demuestra muchos de los sorprendentes mecanismos de las aves en la naturaleza, como los que les ayudan a actuar rápidamente sin tener que pensar. Si hay un bache en el suelo, la pata de BirdBot cambia mecánicamente y sin demora. Al igual que las aves en la naturaleza, el robot tiene una gran robustez de locomoción.
Esta nueva investigación podría dar como resultado patas de un metro de altura que se pueden implementar para transportar robots con varias toneladas de peso, todo con poca potencia. La construcción de BirdBot también podría proporcionar nuevos conocimientos profundos sobre biología, lo que conduciría a avances en el campo.
