En 1939, un ingeniero ruso propuso un “submarino volador” vehículo que puede tener transición sin problemas del aire al agua y viceversa. Si bien puede sonar como algo salido de una película de James Bond, los ingenieros han estado tratando de diseñar vehículos aéreos-acuáticos funcionales durante décadas con poco éxito. Ahora, los ingenieros pueden ser un paso más hacia el submarino volador.
El mayor desafío está en el conflicto de requisitos de diseño: los vehículos aéreos no requieren grandes superficies de sustentación como alas o velas para generar la elevación mientras que los vehículos submarinos necesitan minimizar superficie para reducir la resistencia.
Para resolver este conflicto los ingenieros de la John A. Paulson Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas (SEAS) de Harvard llevó a una pista de frailecillos. Las aves con picos llamativos son uno de los vehículos híbridos más adeptos de la naturaleza, empleando movimientos aleteo similares para propulsarse a través del aire como en el agua.
“A través de diversos estudios teóricos, experimentales y computacionales, se encontró que la mecánica del aleteo de propulsión son en realidad muy similares en el aire y en el agua”, dijo Kevin Chen, un estudiante graduado en el laboratorio Microrobótica Harvard en SEAS. “En ambos casos, el ala se mueve hacia atrás y adelante. La única diferencia es la velocidad de las alas.”
Viniendo desde el Laboratorio Microrobótica Harvard, este descubrimiento sólo puede significar una cosa: RoboBees nadadores.
Por primera vez, los investigadores de SEAS han demostrado un insecto robot volador que nada y muestra el camino para el futuro de vehículos robóticos acuáticos-aéreos. La investigación fue presentada recientemente en un documento presentado en la Conferencia Internacional de Robots Inteligentes y Sistemas en Alemania, donde el primer autor Chen aceptó el premio al mejor trabajo de los estudiantes.
El documento fue co-escrito por el estudiante graduado Farrell Helbling, becarios posdoctorales Nick Gravish y Kevin Ma, y Robert J. Wood, el profesor Charles River de Ingeniería y Ciencias Aplicadas al SEAS y Core Facultad miembros del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada Biológicamente.
El Harvard Robobee, es un microrobot, más pequeña que un clip, que se adorna y se cierne como un insecto, que bate sus alas diminutas, casi invisibles 120 veces por segundo. Con el fin de hacer la transición de aire al agua, el equipo primero tuvo que resolver el problema de la tensión superficial. El Robobee es tan pequeño y ligero que no puede romper la tensión superficial del agua. Para superar este obstáculo, el Robobee se cierne sobre el agua en un ángulo, momentáneamente apaga sus alas, y se estrella sin ceremonias en el agua con el fin de hundirse.
A continuación, el equipo tuvo que tener en cuenta el aumento de la densidad del agua.
“El agua es casi 1.000 veces más densa que el aire y rompería el ala de la Robobee si no ajustamos su velocidad de aleteo”, dijo Helbling, segundo autor del artículo.
El equipo bajó la velocidad del ala de 120 colgajos por segundo a nueve, pero mantuvo los mecanismos de aleteo y bisagra. El Robobee durante la natación cambia su dirección ajustando el ángulo de carrera de las alas, de la misma manera que lo hace en el aire, aún es atado a una fuente de alimentación. El equipo impidió el corto circuito en Robobee mediante el uso de agua desionizada y el recubrimiento de las conexiones eléctricas con pegamento.
Si bien, Robobee puede moverse sin problemas del aire al agua, aún no puede transición del agua a la atmósfera, ya que no puede generar suficiente elevación sin romperse una de sus alas. Resolver ese desafío diseño es la siguiente fase de la investigación, según Chen.
“Lo que es realmente interesante de esta investigación es que nuestro análisis de aleteo de alas no se limita a los vehículos de insectos en escala”, dijo Chen. “A partir de insectos milímetros en escala a los peces y las aves metros en escala, donde la locomoción abarca una gran gama de tamaños. Esta estrategia tiene el potencial de ser adaptadas a grandes diseños robóticos aéreos-acuáticos.”
“Robots Bioinspirados, como el Robobee, son herramientas muy valiosas para una gran cantidad de interesantes experimentos, en este caso en la mecánica de fluidos de aleteo láminas en diferentes fluidos”, dijo Wood. “Todo esto es posible gracias a la capacidad de construir dispositivos complejos que recrean fielmente algunas de las características de los organismos de interés.”
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