Una medusa robótica de silicona
Las medusas nadan contrayendo su campana para expulsar agua, y se cuentan entre los nadadores de menor costo energético que se conocen. Este proyecto construyó un robot que imita ese mecanismo: cuatro tentáculos neumáticos de silicona cubiertos por una membrana que forma una campana cerrada. Se fabricó un prototipo funcional con su electrónica de accionamiento. La estimación de su avance, de unos 6 cm por pulso, proviene de un cálculo y no de una medición.
Contexto
La eficiencia de la medusa no se explica solo por el chorro. Al relajarse, la campana se vuelve a llenar y los vórtices que se forman en su borde producen un segundo empuje, que según la literatura aporta cerca del 30 % del recorrido. Ese efecto requiere que la campana sea cerrada. Varios robots medusa anteriores usan brazos separados y lo pierden.
El proyecto continúa el diseño de robot medusa desarrollado antes en el laboratorio, que tomó como modelo la ortiga de mar del Pacífico (Chrysaora fuscescens) y definió un tentáculo que se curva al inyectarle aire de forma parecida a la campana del animal.
Tentáculos
Cada tentáculo es una pieza de Ecoflex con una fila de cámaras. El molde se imprime en 3D a partir de un modelo paramétrico, lo que permite cambiar el tamaño de las cámaras y escalar el tentáculo.
Modelo paramétrico del tentáculo
Al presurizarse, las cámaras se expanden. Una lámina delgada e inextensible en la base, de papel o de película plástica, impide que ese lado se alargue, y el tentáculo se enrolla hacia ella.
Secuencia de contracción de un tentáculo al inyectar aire
Campana
La cubierta tiene cuatro canales donde se alojan los tentáculos, con la entrada de aire hacia el centro. Un cordón umbilical sale por el centro hacia la estación de control.
Modelo de la cubierta con los cuatro canales para los tentáculos
Accionamiento
Cada tentáculo tiene una válvula de tres vías de 12 V. Activada, conecta el tentáculo a la fuente de aire a 12 psi. Desactivada, lo abre a la atmósfera. El trabajo previo había establecido 15 psi como límite seguro para el material.
Válvula de tres vías: entrada de aire, salida al tentáculo y descarga a la atmósfera
Un Arduino comanda las válvulas a través de una tarjeta de 3 × 3 cm fabricada para el proyecto. El diseño prevé un Arduino Nano y un acelerómetro a bordo, recubiertos en la misma silicona para protegerlos del agua.
Tarjeta de accionamiento de las válvulas, por ambas caras
Resultados
El prototipo se fabricó y se accionó en un tanque. La propulsión se estimó con un balance de cantidad de movimiento del chorro y con el arrastre sobre el área proyectada, usando áreas y tiempos tomados del video. El resultado es un avance de unos 6 cm por pulso, con una pérdida de unos 4 mm por arrastre.
Lo que falta
No hay una medición de velocidad ni de fuerza, y el cálculo ignora justamente los efectos de vórtices que motivan el diseño. El documento no reporta datos del acelerómetro previsto para medir el movimiento.
El obstáculo de fondo es el accionamiento. La neumática exige alternar entre presión alta y baja, y eso ata el robot a una fuente externa: un tanque a bordo sería pesado y difícil de recargar. El autor señala que una versión autónoma requiere otro tipo de actuador, y que el proceso de manufactura debe ser más repetible para obtener más prototipos funcionales en menos tiempo.
Relación con Robiolab
Este es el segundo proyecto de la línea de robots medusa del laboratorio y uno de los que consolidaron su trabajo con elastómeros moldeados. El tentáculo, una fila de cámaras sobre una capa inextensible, es el mismo tipo de actuador que el grupo usó años después en dispositivos vestibles como el actuador para rehabilitación de dedo. La restricción que deja documentada, la dependencia de una fuente de aire externa, sigue siendo el principal límite de los robots blandos neumáticos.