Este insecto robótico rápido y ágil nos ayudará en el futuro a polinizar plantas
Con un diseño avanzado, el nuevo robot, del tamaño de un insecto y ligero como un clip, aspira a competir con los polinizadores naturales, como las abejas. Sus desarrolladores ya piensa en colmenas mecánicas con enjambres de robots que ayudarán a los agricultores en sus plantaciones «de interior».
Por Adam Zewe / MIT News
El nuevo diseño de estos diminutos robots aéreos es mucho más robusto y duradero que las versiones anteriores. Aquí, el robot se somete a una prueba de colisión. Cortesía: MIT
Con un método más eficaz de polinización artificial, los agricultores del futuro podrán cultivar frutas y verduras en el interior de almacenes de varios pisos, lo que aumentará el rendimiento y mitigará algunos de los efectos nocivos de la agricultura en el medioambiente.
Para ayudar a hacer realidad esta idea, investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, están desarrollando insectos robóticos que algún día podrían salir en enjambres de colmenas mecánicas para realizar rápidamente una polinización precisa. Sin embargo, ni siquiera los mejores robots del tamaño de un insecto pueden competir con los polinizadores naturales, como las abejas, en lo que respecta a resistencia, velocidad y maniobrabilidad.
Ahora, inspirándose en la anatomía de estos polinizadores naturales, los investigadores han revisado su diseño para producir diminutos robots aéreos mucho más ágiles y duraderos que las versiones anteriores.
Con una autonomía de más de 15 minutos
Los nuevos robots pueden planear durante unos mil segundos, es decir, más de cien veces más de lo que se había demostrado hasta ahora. El insecto robótico, que pesa menos que un clip, puede volar mucho más rápido que otros robots similares y realizar maniobras acrobáticas, como dobles saltos aéreos.
El robot renovado se ha diseñado para aumentar la precisión y agilidad del vuelo y minimizar la tensión mecánica en las flexiones de sus alas artificiales, lo que permite maniobras más rápidas, una mayor resistencia y una vida útil más larga.
El nuevo diseño también tiene suficiente espacio libre para que el robot pueda llevar pequeñas baterías o sensores que le permitan volar por sí solo fuera del laboratorio.
«La autonomía de vuelo que demostramos en este artículo probablemente es más larga que toda la autonomía de vuelo que nuestro campo ha podido acumular con estos insectos robóticos —dice Kevin Chen, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS), jefe del Laboratorio de Robótica Suave y Micro dentro del Laboratorio de Investigación de Electrónica (RLE) y autor principal de un artículo en Science Robotics. Y añade—: Con la mayor duración de vida y precisión de este robot, estamos acercándonos a algunas aplicaciones muy emocionantes, como la polinización asistida».
Chen firma el trabajo junto con los coautores principales Suhan Kim y Yi-Hsuan Hsiao, estudiantes de posgrado en EECS; así como por el estudiante de posgrado en el EECS Zhijian Ren y el estudiante visitante Jiashu Huang.
Aumentar el rendimiento
Las versiones anteriores del insecto robótico se componían de cuatro unidades idénticas, cada una con dos alas, combinadas en un dispositivo rectangular del tamaño de un microcassette.
«Pero no hay ningún insecto que tenga ocho alas. En nuestro antiguo diseño, el rendimiento de cada unidad individual era siempre mejor que el del robot ensamblado», afirma Chen.
Este descenso del rendimiento se debía en parte a la disposición de las alas, que al batir se soplaban aire unas a otras, lo que reducía las fuerzas de sustentación que podían generar.
El nuevo diseño divide el robot por la mitad. Cada una de las cuatro unidades idénticas tiene ahora un ala que aletea apuntando hacia fuera del centro del robot, lo que estabiliza las alas y aumenta su fuerza de sustentación. Con la mitad de alas, este diseño también libera espacio para que el robot pueda llevar componentes electrónicos.
El insecto robótico, que pesa menos que un clip, puede volar mucho más rápido que otros robots similares y realizar maniobras acrobáticas, como volteretas aéreas. Cortesía: MIT
Además, los investigadores desarrollaron transmisiones más sofisticadas que conectan las alas con los actuadores o músculos artificiales encargados de moverlas. Estas transmisiones, diseñadas para ser más duraderas gracias a la incorporación de bisagras de alas más largas, disminuyen la tensión mecánica que limitaba la resistencia en versiones anteriores.
Echando un ojo a las abejas
«En comparación con el modelo anterior, ahora podemos generar un par de control tres veces mayor. Esto nos permite realizar vuelos de trayectoria mucho más complejos y precisos», explica Chen.
A pesar de estos avances en diseño, los insectos robóticos aún están lejos de alcanzar el nivel de eficiencia y control de sus contrapartes biológicas. Por ejemplo, una abeja, con tan solo dos alas, es capaz de ejecutar movimientos rápidos y altamente coordinados.
«Las alas de las abejas son controladas con extrema precisión por un sistema de músculos muy sofisticado. Ese nivel de ajuste fino es algo que nos fascina y que seguimos intentando replicar», comenta Chen.
Menos tensión, más fuerza
El movimiento de las alas del robot se acciona mediante músculos artificiales. Estos minúsculos y suaves actuadores están hechos de capas de elastómero intercaladas entre dos finísimos electrodos de nanotubos de carbono y enrolladas en un cilindro blando. Los actuadores se comprimen y alargan rápidamente, lo que genera una fuerza mecánica que agita las alas.
En diseños anteriores, cuando los movimientos del actuador alcanzaban las altísimas frecuencias necesarias para el vuelo, los dispositivos solían empezar a combarse. Eso reduce la potencia y la eficacia del robot. Las nuevas transmisiones inhiben este movimiento de flexión y pandeo, lo que reduce la tensión de los músculos artificiales y les permite aplicar más fuerza para batir las alas.
Otro nuevo diseño consiste en una larga bisagra de ala que reduce el esfuerzo de torsión experimentado durante el movimiento de aleteo. La fabricación de la bisagra, de unos dos centímetros de largo y sólo 200 micras de diámetro, fue uno de los mayores retos.
«Si se produce el más mínimo problema de alineación durante el proceso de fabricación, la bisagra del ala quedará inclinada en lugar de rectangular, lo que afecta a la cinemática del ala», explica Chen.
Este pequeño robot polinizador tiene una autonomía de vuelo cien veces superior a su predecesor, según Kevin Chen. Cortesía: MIT
Tras muchos intentos, los investigadores perfeccionaron un proceso de corte por láser de varios pasos que les permitió fabricar con precisión cada bisagra de las alas.
Con las cuatro unidades en su sitio, el nuevo insecto robótico puede planear durante más de mil segundos, lo que equivale a casi 17 minutos, sin mostrar ninguna degradación de la precisión de vuelo.
«Cuando mi alumno Nemo realizaba ese vuelo, dijo que eran los mil segundos más lentos que había pasado en toda su vida. El experimento fue extremadamente angustioso», afirma Chen.
El nuevo robot también alcanzó una velocidad media de 35 centímetros por segundo, el vuelo más rápido del que han informado los investigadores, mientras realizaba giros corporales y dobles volteretas. Incluso puede seguir con precisión una trayectoria que deletrea M-I-T.
Este insecto robótico, que pesa menos que un clip, puede volar mucho más rápido que otros robots similares y realizar maniobras acrobáticas, como dobles giros aéreos. Incluso puede seguir con precisión una trayectoria que deletrea M-I-T. Cortesía: MIT
«Al fin y al cabo, hemos demostrado que vuela 100 veces más de lo que nadie en este campo ha sido capaz de hacer, así que es un resultado muy emocionante», afirma.
A partir de ahora, Chen y sus estudiantes quieren ver hasta dónde pueden llegar con este nuevo diseño, con el objetivo de conseguir un vuelo de más de 10.000 segundos.
También quieren mejorar la precisión de los robots para que puedan aterrizar y despegar desde el centro de una flor. A largo plazo, los investigadores esperan instalar baterías y sensores diminutos en los robots aéreos para que puedan volar y navegar fuera del laboratorio.
«Esta nueva plataforma robótica es uno de los principales resultados de nuestro grupo y abre muchas perspectivas interesantes. Por ejemplo, la incorporación de sensores, baterías y capacidades informáticas a este robot será un objetivo central en los próximos tres a cinco años», concluye Chen. ▪️
Artículo reproducido con la autorización de MIT News -Adaptación: Enrique Coperías
Fuente: Suhan Kim et al. Acrobatics at the insect scale: A durable, precise, and agile micro–aerial robot.
Science Robotics (2025).DOI: 10.1126/scirobotics.adp4256
