HAMR puede aprovechar la física a pequeña escala
En la naturaleza las cucarachas pueden sobrevivir bajo el agua por hasta 30 minutos. Ahora, una cucaracha robótica puede hacerlo aún mejor. El Microrobot Ambulatorio de Harvard, conocido como HAMR, puede caminar sobre la tierra, nadar en la superficie del agua y caminar bajo el agua durante el tiempo que sea necesario, abriendo nuevos entornos para que explore este pequeño robot.
Esta nueva generación de HAMR usa almohadillas en sus patas multifuncionales que dependen de la tensión superficial y la flotabilidad inducida por la tensión superficial cuando HAMR necesita nadar, pero también puede aplicar un voltaje para romper la superficie del agua cuando HAMR necesita hundirse.
Este proceso se llama electrowetting (electromojado), que es la reducción del ángulo de contacto entre un material y la superficie del agua bajo un voltaje aplicado. Este cambio de ángulo de contacto facilita que los objetos rompan la superficie del agua.
Moverse en la superficie del agua permite que un microrobot evada los obstáculos sumergidos y reduzca el arrastre. Utilizando cuatro pares de aletas asimétricas y estilos de natación diseñados a medida, HAMR usa robo-paletas en la superficie del agua para nadar. Aprovechando la interacción inestable entre las aletas pasivas del robot y el agua circundante, el robot genera movimientos de natación similares a los de un escarabajo buceando. Esto permite que el robot nade efectivamente hacia adelante y gire.
"Esta investigación demuestra que los microrrobotos pueden aprovechar la física a pequeña escala, en este caso la tensión superficial, para realizar funciones y capacidades que son desafiantes para robots más grandes", dijo Kevin Chen, un becario postdoctoral en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) y primer autor del artículo.
La investigación más reciente se publicó en la revista Nature Communications.
"El tamaño de HAMR es clave para su desempeño", dijo Neel Doshi, estudiante de posgrado en SEAS y coautor del artículo. "Si fuera mucho más grande, sería desafiante apoyar al robot con la tensión superficial y, si fuera mucho más pequeño, el robot podría no ser capaz de generar la fuerza suficiente para romperla".
La HAMR pesa 1,65 gramos (casi tanto como un clip de papel grande), puede transportar 1,44 gramos de carga adicional sin hundirse y puede remar con una frecuencia de hasta 10 Hz. Está recubierto con parileno para evitar que se produzca un cortocircuito debajo del agua.
Una vez debajo de la superficie del agua, HAMR usa el mismo modo de andar que caminar en tierra firme y es igual de móvil. Para volver a tierra firme, HAMR se enfrenta a un desafío enorme desde el fondo del agua. Una fuerza de tensión superficial del agua que es el doble del peso del robot empuja hacia abajo sobre el robot, y además el par inducido provoca un aumento dramático de la fricción en las patas traseras del robot.
Los investigadores reforzaron la transmisión del robot e instalaron almohadillas blandas en las patas delanteras del robot para aumentar la capacidad de carga y redistribuir la fricción durante la escalada. Finalmente, al subir una modesta pendiente, el robot puede salir del agua.
"Este robot ilustra muy bien algunos de los desafíos y oportunidades con robots de pequeña escala", dijo el autor principal Robert Wood, profesor de ingeniería y ciencias aplicadas de Charles River en el SEAS y miembro principal de la facultad del Instituto Wyss para Ingeniería Biológica Inspirada de Harvard.
"Reducir trae oportunidades para una mayor movilidad, como caminar sobre la superficie del agua, pero también desafíos, ya que las fuerzas que damos por sentado a mayor escala pueden comenzar a dominar al tamaño de un insecto".
A continuación, los investigadores esperan mejorar aún más la locomoción de HAMR y encontrar una forma de regresar a tierra sin una rampa, tal vez incorporando adhesivos inspirados en gecos o mecanismos de salto impulsivo.
Artículo científico: Controllable water surface to underwater transition through electrowetting in a hybrid terrestrial-aquatic microrobot
