updated 3:47 PM CET, Dec 7, 2016

Los pulpos inspiran sistema de propulsión para barcos impresos en 3D

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sistema de propulsión silenciosa inspirada por el pulpo

Se puede utilizar como una ayuda flotante para dispositivos de deportes acuáticos tales como motos de agua

La naturaleza inspira la creatividad: en la construcción de un sistema de propulsión silenciosa para embarcaciones y dispositivos de deportes acuáticos, los investigadores utilizaron el pulpo como su modelo a seguir. El sistema puede ser producido a un bajo costo y en un solo paso con una impresora 3D.

Los octópodos, a los que pertenecen pulpos y calamares, se considera que son los invertebrados más inteligentes. De hecho, se les ha denominado los "sabios del mar". Ellos son capaces de aprender, ya que pueden abrir latas de conserva, e incluso pueden decir patrones de separación.

También son inteligentes cuando se trata de protegerse de sus enemigos. Si bien por lo general se mueven a lo largo del fondo del mar con sus ocho brazos, huyen nadando con la cabeza primero, en línea con los principios de la propulsión. Cuando el molusco hace esto, toma agua en su manto, que luego cierra por la contracción de los músculos del esfínter. A continuación, inyecta el agua a una alta presión a través de un embudo. La propulsión resultante empuja el pulpo hacia adelante en la dirección opuesta. Al cambiar la posición del embudo, el pulpo puede dirigir con precisión su dirección de desplazamiento.

Para los investigadores del Fraunhofer Institute for Manufacturing Engineering and Automation IPA, este principio de propulsión inteligente sirvió como un modelo a seguir para el desarrollo de un sistema de propulsión bajo el agua. "Los pulpos utilizan este tipo de movimiento, principalmente si están tratando de huir de repente y rápidamente. El sistema es simple, pero eficaz. Cuando lo usan, los pulpos pueden acelerar considerablemente en distancias cortas", dice Andreas Fischer, un ingeniero de IPA en Stuttgart. "Hemos integrado el principio de propulsión a nuestros actuadores submarinos: cuatro bolas de elastómero con funcionamiento mecánico interno crean la propulsión mediante el bombeo de agua".

El agua es absorbida por cada actuador o bola elastómero a través de una abertura, una válvula de recirculación previene el reflujo. Un pistón hidráulico contrae la estructura del cable integrado como un músculo. De esta manera, se empuja el agua hacia fuera de la bola de 6x20 cm. A su vez, una bomba de motor mueve el pistón hidráulico. "Nuestro actuador bajo el agua es muy adecuado para la maniobra de pequeñas embarcaciones. También se puede utilizar como una ayuda flotante para dispositivos de deportes acuáticos tales como motos acuáticas, tablas de surf, o los scooters que usan los buceadores en aguas profundas. En contraste con las ruidosas hélices, es silencioso, y los peces no pueden quedar atrapados en él", dice el investigador para explicar los beneficios del sistema, que acaba de pasar con éxito las primeras pruebas de laboratorio.

Los robots industriales acortan los procesos de producción

La mejor parte: los expertos pueden producir en el sistema en un solo paso con una impresora 3D. Para producir su amorfa geometría compleja con plástico blando, los investigadores optaron por el modelado de procesos de deposición fundida generativa o, para abreviar, FDM. Con este enfoque, los plásticos a procesar se calientan y se licúan en un cabezal de extrusión, y se transforman en un filamento delgado en la boquilla de presión. A continuación este filamento, se aplica en capas, de abajo hacia arriba, para producir un complejo componente 3D. Fischer y su equipo utilizaron termoplásticos tales como poliuretano, debido a su flexibilidad. El producto final de este proceso es un sistema de propulsión bajo el agua que puede soportar niveles extremos de presión sin romperse. Incluso en situaciones de alto estrés, siempre vuelve a su forma original.

Gracias a FDM, los investigadores también pueden escalar los actuadores. De hecho, los componentes de hasta dos metros de tamaño se pueden imprimir en tres dimensiones. Esto se puede hacer con la ayuda de un robot industrial que ha sido equipado con tres cabezales de extrusión. "Por el momento, el volumen máximo de construcción en las instalaciones de FDM es 91,4x61x91,4 cm, por lo que no pueden ser objeto de tratamiento en capas más de diez termoplásticos diferentes. Con robots FDM basados en componentes se pueden producir piezas mucho más grandes, con diferentes combinaciones de material. Mediante la integración de filamento continuo en termoplásticos, por ejemplo, podemos fabricar componentes reforzados con fibra de carbono de forma rápida y con un bajo costo", dice el científico en la explicación de las ventajas del proceso de fusión. Por otra parte, el proceso de producción se puede hacer mucho más corto mediante el uso de varios robots que trabajan en un solo componente simultáneamente.