La mayoría de los robots utilizan actuadores eléctricos, pero este pequeño hace mucho más. Los investigadores han creado un nuevo tipo de motor de combustión interna en miniatura que le da al pequeño robot rana habilidades explosivas de salto y control motor fino.
La idea de quemar combustible para alimentar un robot puede parecer del siglo pasado, pero como señala un equipo de investigación del Laboratorio de Robótica Orgánica de la Universidad de Cornell, las baterías actuales son pesadas y no transportan mucha energía, por lo que el rendimiento de los actuadores eléctricos es limitado.
Estos límites serían aún mayores si en su lugar se utilizaran combustibles químicos de alta energía, por lo que el equipo se propuso diseñar un nuevo tipo de actuador robótico rápido y de alta frecuencia que funcionaría de manera muy similar a un motor de combustión interna normal.
Los diminutos actuadores, que tienen aproximadamente 5 milímetros (0,2 pulgadas) de diámetro, atraen metano y oxígeno a una simple cámara de combustión de 0,09 mililitros y la encienden con una chispa. La parte superior de la cámara de combustión está cubierta con una capa de piel de dragón de silicona altamente elástica, que funciona un poco como un pistón en el motor de un automóvil. Cuando se quema combustible, se estira para expandir el volumen de la cámara de combustión y luego se recupera rápidamente para descargar los gases de escape por los pequeños orificios laterales.
Todo sucede muy rápido, pero el resultado final es: cuanto mayor es el impacto, más se desprende la membrana. Estos actuadores pueden manejar impactos con una expansión del volumen de la cavidad de hasta el 140 %, con fuerzas superiores a 9,5 N, y son muy rápidos, operando a una frecuencia de más de 100 veces por segundo si es necesario.
El equipo de Cornell incorporó prototipos impresos en 3D de estos pequeños actuadores de combustión en la parte superior de las almohadillas para los pies de un pequeño robot rana cuadrúpedo rígido, de modo que cada vez que la membrana de un determinado actuador se desprende, los pies son empujados hacia abajo. Diseñaron un esquema de control que variaba la frecuencia de chispa del actuador, la relación de equivalencia de combustible y el flujo de combustible, luego combinaron esos controles con el control de dos piernas izquierdas y dos piernas derechas, y luego comenzaron a ver qué podían lograr que hiciera el robot.
Consiguieron que el robot se arrastrara hacia adelante con un paso oscilante y saltara a varias alturas, incluso a superficies más altas. Crearon una marcha serpenteante hacia adelante basada en la rotación y la hicieron girar en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj en el lugar.
Para demostrar el poder explosivo del actuador, hicieron que el robot saltara unos impresionantes 56 centímetros (1,8 pies) en el aire, y también demostraron que el robot podía moverse sobre una variedad de superficies sólidas, de alta y baja fricción y sueltas. También cargaron el robot con 32 gramos de carga (más de 22 veces el propio peso del robot) y demostraron que aún podían controlar el movimiento del robot.
Finalmente, estos pequeños actuadores podrían brindar a los robóticos una opción adicional útil cuando se requiere un movimiento ultrarrápido; imagínese lo bueno que sería si Atlas pudiera brindar asistencia explosiva con el sistema hidráulico de sus piernas o puñetazos impulsados por fuego.
La investigación fue publicada en la revista Science. Mira el vídeo a continuación.