La nanotecnología es un campo de investigación con una enorme proyección de futuro que avanza en numerosos frentes.  No solo la medicina se está beneficiando de ello ―con prometedores resultados que describiremos en otra ocasión― sino que periódicamente asistimos a nuevas aplicaciones que aspiran a convertirse en esenciales para nuestro desarrollo.

En esta ocasión voy a mencionar los trabajos del Laboratorio de Microrobótica perteneciente a la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard, fundado por el profesor Robert Wood.  Permítanme que me detenga un momento para hablar de este eminente científico.  Señalar en primer lugar que es profesor de ingeniería y ciencias aplicadas en la Universidad de Harvard y del Instituto Wyss de Ingeniería Inspirada en la Biología.  Obtuvo su doctorado en el año 2004 trabajando con el profesor Ron Fearing de la Universidad de California en Berkeley.  En el año 2007 ganó el DARPA Young Faculty Award, en 2008 el Premio de Carrera de la Fundación Nacional de la Ciencia y el Premio al Investigador Joven de la Oficina de Investigación Naval, en 2009 el Premio al Investigador Joven de la Fuerza Aérea y en el año 2010 un Premio Presidencial por su carrera en ciencia e ingeniería.  Aún no ha cumplido 35 años.

Veamos en qué están trabajando el Dr. Wood y su equipo.  Entre otras metas, se han propuesto crear una colonia de abejas robóticas que podrán llevar a cabo tareas coordinadas en áreas como la seguridad y defensa ―rescate de personas atrapadas tras catástrofes naturales e inspección de zonas afectadas por vertidos o contaminación― o la alimentación e ingeniería agrícola ―polinización de cultivos―.  Para lograrlo deberán contar no sólo con un robot de peso y tamaño similar a las abejas naturales y movimiento autónomo, sino que sea capaz de tomar decisiones individuales y, al tiempo, transmitirlas al resto del “enjambre” para que puedan actuar coordinadamente.  Lo verdaderamente importante no es que cada uno de estos nanorobots sea capaz de realizar una tarea, sino que la colonia alcance el objetivo a pesar de que muchos de sus miembros caigan durante el proceso.

El proyecto, denominado Robobee, trabaja en el diseño de estos insectos artificiales y ya han conseguido avances sorprendentes en la primera fase: el sistema de vuelo.  En este video podéis ver cuál es el diseño:

Al perseguir una miniaturización tan grande, las fuerzas implicadas cambian radicalmente.  Ya que no es posible utilizar piezas mecánicas normales, como rodamientos, engranajes y motores electromagnéticos, los investigadores han creado “músculos” artificiales inspirados en la anatomía de una abeja real.  Dos tipos de estos músculos se encargan de propulsar y controlar el vuelo: en el tórax, un actuador ―un dispositivo que transforma la energía eléctrica en movimiento― impulsa el mecanismo que bate las alas; a su vez, otros actuadores menores generan los pares motores necesarios para maniobrar y controlar el aleteo.

Según este diseño, el componente de este nanorobot que quizás sea más importante es el músculo artificial.  Se compone de materiales piezoeléctricos que se contraen cuando se aplica un voltaje entre sus caras y está formado por tres capas: dos láminas rígidas entre la que se sitúa una delgada película de polímero que permite una flexión con facilidad.

En este video de más duración se muestran las pruebas de vuelo libre.  Como se puede apreciar, los comienzos no han sido fáciles aunque la validez del diseño es evidente. Las pruebas de control de altitud han sido exitosas:

Otro elemento esencial es el sistema de alimentación (la batería).  Para cubrir sus necesidades energéticas durante el vuelo, gran parte de la masa del insecto reside en el actuador principal y en el sistema de alimentación.  Las dificultades en este aspecto se convierten en un círculo vicioso: una unidad mayor almacena más energía, pero su mayor peso exige un sistema propulsor más potente y este, a su vez, necesita una fuente de alimentación mayor.

Aunque aún no han conseguido una abeja robótica con plena autonomía ―los experimentos se hacen con el robot unido a una fuente de alimentación externa― los resultados son sorprendentes como demuestran las pruebas de vuelo controlado. Las imágenes hablan por sí solas y son realmente espectaculares

Una vez más el hombre imita la naturaleza para sus propios objetivos.  Al igual que la botánica supone un campo de estudio esencial por ejemplo para la farmacología; vemos que la biología siempre ofrece los mejores diseños.  No en balde, la evolución ha tenido millones de años a su favor para hacer numerosas pruebas de ensayo y error.

Referencias

Ma, K., Chirarattananon, P., Fuller, S., & Wood, R. (2013). Controlled Flight of a Biologically Inspired, Insect-Scale Robot Science, 340 (6132), 603-607 DOI: 10.1126/science.1231806

Whitney, J., & Wood, R. (2010). Aeromechanics of passive rotation in flapping flight Journal of Fluid Mechanics, 660, 197-220 DOI: 10.1017/S002211201000265X

Wood, R., Finio, B., Karpelson, M., Ma, K., Perez-Arancibia, N., Sreetharan, P., Tanaka, H., & Whitney, J. (2012). Progress on ‘pico’ air vehicles The International Journal of Robotics Research, 31 (11), 1292-1302 DOI: 10.1177/0278364912455073

Shang JK, Combes SA, Finio BM, & Wood RJ (2009). Artificial insect wings of diverse morphology for flapping-wing micro air vehicles. Bioinspiration & biomimetics, 4 (3) PMID: 19713572

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