Objetivo: crear enjambres de insectos robot capaces de actuar coordinados

El fruto del ¨²ltimo proyecto de investigaci¨®n de N¨¦stor P¨¦rez-Arancibia, Xiufeng Yang y Longlong Chang, investigadores de la Universidad de California del Sur, pesa 0,08 gramos y se alimenta de alcohol, concretamente metanol. Robeetle -as¨ª se llama la criatura- es un escarabajo rob¨®tico capaz de moverse sin la ayuda de bater¨ªas y transportar cargas de hasta 0,28 gramos, que no parece mucho, pero es casi el triple de su peso. ¡°Este es un paso importante, porque funciona sin cables. Sin bater¨ªas. De forma aut¨®noma desde el punto de vista de la energ¨ªa¡±, explica P¨¦rez-Arancibia.

La motivaci¨®n de este investigador chileno, que fund¨® en 2013 el laboratorio de sistemas microrrob¨®ticos aut¨®nomos de la Universidad de California del Sur, es desarrollar las tecnolog¨ªas necesarias para crear colonias de miles de robots a escala insecto y capaces de coordinarse para ejecutar tareas ¨²tiles para los humanos. ¡°Las muchas aplicaciones para este tipo de sistemas multiagente incluyen polinizaci¨®n artificial, b¨²squeda y vigilancia en entornos peligrosos y recolecci¨®n de datos en situaciones extremas¡±, precisa.

Estas colonias podr¨ªan incluir insectos rastreros, como Robeetle; voladores, como Bee+, otro microrrobot creado en el mismo laboratorio; e incluso acu¨¢ticos. Pero a¨²n les queda camino por recorrer. ¡°El problema para llegar a crear insectos robot est¨¢ en la energ¨ªa y la potencia. Ahora mismo los mejores actuadores, o los m¨¢s f¨¢ciles de utilizar, son excitados con electricidad¡±, se?ala el investigador. Esto quiere decir que los inputs que controlan, por ejemplo, los movimientos del robot son el¨¦ctricos e implican el uso de bater¨ªas que, con su capacidad limitada por sus reducidas dimensiones, no ofrecen suficiente autonom¨ªa.

?Escarabajo de vapor?

¡°Hay restricciones fundamentales a nivel f¨ªsico. Cuando he hablado con los mayores expertos en bater¨ªas del mundo, su respuesta es asustante y deprimente¡±. El problema es que no est¨¢ claro que se pueda llegar a tener bater¨ªas con suficiente energ¨ªa a escalas tan peque?as: como muestra, la energ¨ªa espec¨ªfica de una bater¨ªa es de 1,8 megajulios por kilo, la de la grasa animal que empleamos los organismos vivos asciende a 38 megajulios por kilo. Por eso, P¨¦rez-Arancibia se centr¨® en la b¨²squeda de actuadores que utilizasen fuentes distintas a la electricidad.?

A Robeetle la ingenier¨ªa electr¨®nica, reina indiscutible de la innovaci¨®n tecnol¨®gica moderna, se le queda corta. La energ¨ªa que alimenta sus movimientos procede de la combusti¨®n de metanol, un alcohol que se emplea como disolvente, anticongelante o, como en este caso, combustible capaz de generar 20 megajulios por kilogramo. El resultado es un robot que tiene m¨¢s de la m¨¢quina de vapor ideada por James Watt hace dos siglos que de gadget moderno. "La gente se olvid¨® de esto, pero antes de la era de la electr¨®nica tambi¨¦n se usaba control autom¨¢tico. En el motor de vapor todos los controladores eran mec¨¢nicos", recuerda el ingeniero.

En los motores primigenios, la presi¨®n del vapor de agua generaba el movimiento y el control de sus flujos permit¨ªa controlarlo. ?Qu¨¦ pasa en el interior de este escarabajo artificial cuando da un paso? Adem¨¢s del combustible, Robeetle lleva en su interior un m¨²sculo artificial hecho con una aleaci¨®n con memoria de forma. Este material, sometido a cierta temperatura, puede recordar y adoptar una forma anterior. Cuando el metano entra en contacto con la superficie del m¨²sculo, cubierta de platino, se produce una reacci¨®n qu¨ªmica que eleva la temperatura y provoca la contracci¨®n de la pieza.

Con esta primera parte habr¨ªamos logrado generar el movimiento. ?C¨®mo se controla para lograr que las sucesivas contracciones del m¨²sculo hagan avanzar a Robeetle? Con mec¨¢nica. O, lo que es lo mismo, con v¨¢lvulas que se abren y se cierran de forma coordinada dando paso o deteniendo la corriente de combustible. "Esto es lo que hac¨ªan los ingenieros antes de la era de la electr¨®nica. Controlar las v¨¢lvulas sin usar electr¨®nica ni computadores".

Del suelo al cielo

La limitaci¨®n de Robeetle est¨¢ en la velocidad a la que se produce y se interrumpe la combusti¨®n del metanol, que marca el ritmo de los pasos del robot. Para un rastrero escarabajo es suficiente, pero puede no bastar para sostener el aleteo de una abeja (mucho m¨¢s r¨¢pido que el de las mariposas). "Ya tenemos maneras de hacerlo m¨¢s r¨¢pido, empleando diferentes tipos de combustible", matiza el experto. El objetivo ahora es seguir aumentando esa velocidad, para mantener en el aire a la colonia de robots voladores que constituye el objetivo final de P¨¦rez Arancibia.

Desarrollado el modelo mec¨¢nico y demostrada su estabilidad, la incorporaci¨®n de sistemas electr¨®nicos que sofistiquen y ampl¨ªen las funciones de estos microrrobots se le antoja un reto menor, puesto que, a Robeetle le queda "un mont¨®n de espacio" para poner incluso bater¨ªas que alimenten sistemas de procesamiento de se?ales. "La energ¨ªa necesaria para eso es baja. Donde se va la mayor¨ªa de la energ¨ªa es en el movimiento. En hacer que el robot camine o vuele".

Robeetle, como prueba de concepto, ha cumplido con su misi¨®n de anteceder a esa colonia rob¨®tica voladora. Pero tambi¨¦n tiene antepasados como el insectoc¨®ptero dise?ado por la CIA en los a?os setenta. "Contrataron relojeros suizos para crear los mecanismos, pero el proyecto fall¨® porque la tecnolog¨ªa no estaba lista desde el punto de vista de fabricaci¨®n", explica el ingeniero. Y tambi¨¦n tiene primos en el presente, en l¨ªneas de investigaci¨®n m¨¢s cercanas a la biolog¨ªa pero tambi¨¦n interesadas en el control de peque?os organismos h¨ªbridos. Es el caso de los saltamontes modificados para detectar explosivos, desarrollados en la Universidad de Washington o las medusas tuneadas -y consecuentemente capaces de nadar a mayor velocidad- de la Universidad de Standford. "Me parece muy interesante, pero yo no podr¨ªa trabajar en eso porque dos de mis estudiantes de doctorado son veganos", comenta P¨¦rez-Arancibia entre risas.

?Abrir¨¢n estos robots un nuevo mel¨®n en lo que a protecci¨®n de la privacidad se refiere? ?Tendremos que desconfiar (a¨²n m¨¢s) de las avispas? "No es casualidad que, por ejemplo, DARPA, la agencia de proyectos militares de Estados Unidos, financie estos proyectos", admite el investigador. Pero a las posibles aplicaciones militares antepone los beneficios que podr¨ªan traer consigo en cirug¨ªas, entornos peligrosos o incluso a la hora de ejecutar hipot¨¦ticas y futuristas tareas de polinizaci¨®n en otros planetas. "Va a ser s¨²per dif¨ªcil tener una abeja viva en Marte", razona. "Como con todas las tecnolog¨ªas, hay cosas buenas y cosas que pueden ser siniestras asociadas a ellas".