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Jul 19, 2023

Los robots lombrices podrían ayudar a los astrónomos a explorar otros mundos

Al diseñar robots para la exploración espacial, los ingenieros y desarrolladores suelen recurrir a la naturaleza en busca de inspiración. Desde serpientes hasta orugas e incluso peces, se han producido muchos tipos diferentes de movimientos naturales.

Al diseñar robots para la exploración espacial, los ingenieros y desarrolladores suelen recurrir a la naturaleza en busca de inspiración. Desde serpientes hasta orugas e incluso peces, los cuerpos de los robots espaciales han imitado muchos tipos diferentes de movimientos naturales. El último de estos llamados cuerpos robóticos biomiméticos proviene del Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) en Génova, Italia, y se inspiró, entre todos los animales, en las lombrices de tierra. Debido a que las lombrices de tierra han evolucionado para sobrevivir en una variedad de tipos de suelo diferentes, con frecuencia retorciéndose en espacios reducidos, sus cuerpos podrían ser perfectos para explorar planetas extraños.

"Este robot puede ser un trampolín para entender por qué el enfoque bioinspirado es relevante en el desarrollo de mejores robots que sirvan al propósito y, con seguridad, inspiren el desarrollo de otros robots", dijo Riddhi Das, investigador postdoctoral en el IIT y primer autor del artículo. El artículo sobre lombrices de tierra en Nature Scientific Reports, le dice a Astronomy. "Nuestro enfoque bioinspirado muestra que una comprensión cuidadosa de la biomecánica interna ayuda a comprender el organismo real y al desarrollo de un robot que funcione de manera similar a él".

El robot lombriz de tierra pertenece al campo de la “robótica blanda”, donde ingenieros y desarrolladores diseñan robots con cuerpos blandos y flexibles, generalmente compuestos de silicona o caucho.

"La robótica blanda es una buena opción para varias tareas terrestres, particularmente para manipular artículos delicados o flexibles", dice Meera Day Towler, ingeniera de investigación senior en el Southwest Research Institute que estudia la robótica blanda. “Esto incluye tareas como la agricultura y la manipulación de alimentos. Estos mismos tipos de tareas son útiles en el espacio para ayudar a respaldar las operaciones a bordo de una estación espacial”.

Los robots blandos son valiosos porque pueden estirar o torcer sus marcos flexibles para caber o navegar a través de espacios más pequeños. En el caso de los robots lombrices de tierra de Das, podrían incluso excavar en el suelo para evitar las duras condiciones de la superficie que se encuentran en los mundos cercanos. Sin embargo, si bien estos robots ofrecen algunas ventajas únicas, también tienen sus limitaciones. Towler añadió que estas máquinas “no son intrínsecamente adecuadas para el vacío del espacio”. Este desafío obliga a científicos como Das a trabajar en diseños de carrocerías que hagan que los robots blandos sean más resistentes al vacío y, por lo tanto, más versátiles para su implementación.

A diferencia de la robótica blanda, la “robótica dura” se centra en diseños de cuerpos robóticos más estructurados hechos de materiales rígidos como plásticos o metales, como los rovers planetarios. Desde brazos robóticos hasta ruedas, estos “robots duros” pueden diseñarse para transportar cargas pesadas de material planetario, como muestras de rocas, o estar preparados para moverse sobre terrenos rocosos o irregulares.

Según Martín Azkarate, ingeniero de sistemas de navegación robótica de la Agencia Espacial Europea (ESA): “El subsistema de locomoción de un rover de exploración siempre dependerá del terreno de exploración objetivo. Por ejemplo, solo hemos visto vehículos exploradores con ruedas en Marte porque este es el modo de locomoción más eficiente para atravesar los vastos terrenos de Marte. Pero, por ejemplo, al explorar un cráter lunar o un tragaluz lunar, se podrían considerar otros tipos de locomoción (caminar, saltar o robots con forma de serpiente)”.

En otras palabras, aunque los robots duros claramente tienen fortalezas específicas, como ser capaces de soportar ambientes extremos y transportar cargas pesadas, carecen de la flexibilidad de los robots blandos.

Mientras que organizaciones espaciales como la NASA, la ESA e incluso empresas espaciales privadas como SpaceX utilizan robots duros y blandos, Das y su equipo en el IIT creían que la clave para hacer que su robot lombriz fuera adecuado para la exploración espacial estaba en su movimiento.

"Traté de comprender la importancia de algunas de las características anatómicas de la lombriz de tierra, su papel en la generación de locomoción bajo la superficie, y diseñé un robot blando peristáltico inspirándome en ello", dice Das. "La idea surgió de la falta de robots excavadores reales disponibles hasta la fecha".

La peristalsis es un tipo de movimiento de compresión que realizan los músculos para impulsarse hacia adelante. Este movimiento se encuentra en el esófago cuando comemos, ya que la comida pasa al estómago desde la boca a través de la peristalsis.

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Das y su equipo pudieron preservar este movimiento en su robot mediante el uso de un sistema tipo fuelle, el Actuador Peristáltico Suave (PSA), dentro de cada segmento. “El espacio entre la parte central y la piel se llena de líquido de volumen constante”, explica Das. Este volumen constante de fluido puede hacer que el robot lombriz sea más resistente al vacío y robusto a los cambios de presión.

"Cuando pasa aire al PSA, la parte central se alarga, haciendo que todo el módulo sea largo y delgado", añade. “Ésta es la forma exacta del segmento de la lombriz cuando se contraen los músculos circulares. De manera similar, cuando se extrae aire del PSA, la parte central se comprime, haciendo que todo el módulo de PSA sea corto y grueso. Este cambio de forma es similar al segmento de lombriz cuando los músculos longitudinales se contraen”.

Entonces, al igual que las lombrices de tierra se impulsan estirando y comprimiendo cada segmento de sus cuerpos, un robot de lombriz de tierra también podría aprovechar este tipo de movimiento para avanzar a través de una variedad de materiales diferentes.

Con aproximadamente 45 centímetros (1,5 pies) de largo, el prototipo de robot lombriz tiene cinco segmentos de PSA cubiertos con pequeñas cerdas llamadas setas, que también se encuentran en las lombrices vivas. Si bien estas cerdas y el movimiento peristáltico ya hacen que el robot de Das sea único en comparación con otros robots espaciales blandos, el robot lombriz de tierra también puede excavar.

"La excavación planetaria es una aplicación fundamental de todos los robots peristálticos excavadores", afirma Das. Al excavar, el robot no sólo puede evitar entornos extremos, sino también recolectar muestras de suelo planetario para su posterior estudio. Sin embargo, excavar con éxito suele ser difícil para un robot blando, especialmente cuando tiene que desplazar tierra pesada.

A pesar de que el modelo actual de su robot lombriz todavía tiene dificultades para moverse a través de suelos ásperos, Das y su equipo están entusiasmados de ver qué tipo de mejoras se pueden hacer en el sistema. "Una vez que obtengamos un conocimiento sustancial sobre sus capacidades", dice, "podremos implementarlo para misiones de exploración espacial".