Cómo la robótica puede inspirarse en la naturaleza

De ser una fuente de diversión para los escritores de ciencia ficción a convertirse en una herramienta de desarrollo para la sociedad humana, los robots y la robótica han recorrido un largo camino. 

Se espera que entre 2016 y 2028 el mercado global de robótica crezca de casi US$23 billion to more than US$45 billion. En sus inicios, la robótica se consideraba algo que permanecería limitado a los espacios industriales. 

Por el contrario, más de la mitad del mercado de robótica ahora está compuesta por robótica de servicio. Hoy en día, los robots se utilizan ampliamente en la industria automotriz, la industria química, la industria eléctrica/electrónica, la industria alimentaria, la industria médica y más. De manera más innovadora, los proveedores de robótica están garantizando su uso en campos más tradicionales como la agricultura, el trabajo doméstico y el entretenimiento. 

Aunque es cierto que el papel de la robótica ha sido transformador en muchos campos convencionales, ¿puede aprender una o dos cosas del mundo que nos rodea? Hoy, observaremos de cerca los escenarios donde la robótica puede inspirarse en la naturaleza. 

Cómo la robótica bioinspirada puede enriquecerse a partir de los escarabajos giradores

Conocidos como el insecto más rápido nadando del mundo, los escarabajos giradores pueden alcanzar una aceleración de 100 metros por segundo y una velocidad máxima de 100 longitudes de cuerpo por segundo, o 1 metro por segundo, para ser precisos. ¿Pero cómo logran esa velocidad y aceleración?

Su estrategia de vuelo fue estudiada por investigadores y publicada en la revista Current Biology. El estudio llevaba por título, ‘Whirligig Beetle Uses Lift-Based Thrust for Fastest Insect Swimming.’ 

La investigación utilizó dos cámaras de alta velocidad sincronizadas en diferentes ángulos. El resultado fue el video que detallaba el mecanismo de vuelo: lift-based thrust. Funcionaba de manera similar a una hélice, con el movimiento de empuje perpendicular a la superficie del agua. El mecanismo ayuda a eliminar la resistencia y aporta más impulso para una mayor velocidad. 

¿Por qué es importante este hallazgo? Aunque es cierto que el empuje basado en sustentación ya se había identificado en organismos a gran escala, este estudio muestra que el fenómeno se aplica a una escala de longitud tan pequeña como 1 centímetro. 

Según Chris Roh, profesor asistente de Ingeniería Biológica y Ambiental en la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida, este descubrimiento habla a la robótica bioinspirada y a otras comunidades de ingeniería para primero identificar la física adecuada y luego intentar preservar esa física al crear la robótica. 

Más específicamente, Roh cree que este fenómeno puede ser útil en el desarrollo de barcos robóticos sin tripulación, que pueden ser mucho más pequeños y flexibles al aprovechar los mecanismos de propulsión que generan sustentación de los escarabajos giradores. Estados Unidos está en proceso de desarrollar dichos barcos que estarán libres de las limitaciones de ofrecer hospitalidad a la tripulación. 

Esta investigación nos invita a ver la robótica bajo una nueva luz. Siempre es posible tomar inspiración de la naturaleza y revertirla en diseños humano-mecánicos. Hemos encontrado algunos ejemplos más de esa sinergia entre la naturaleza/humanos y la máquina. 

Robot inspirado en el pulpo que fue aclamado como el futuro de la robótica blanda

Creado en 2016 por Cecilia Laschi, profesora del Instituto de BioRobótica de Sant’Anna, Pisa, Italia, el robot inspirado en el pulpo era inmensamente flexible y podía reaccionar a su entorno con mucha más sensibilidad y precisión que la mayoría de los robots blandos desarrollados hasta entonces. En palabras de Laschi:

“Este campo de investigación relativamente nuevo tiene el potencial de revolucionar nuestras ideas sobre lo que los robots son capaces de hacer y dónde pueden ser útiles.”

El robot, que requería mucho menos potencia de cálculo y era mucho más hábil para moverse en terrenos irregulares, podía absorber líquido y luego expulsarlo de su cuerpo. Podía desplazarse rápidamente por el lecho marino rugoso usando sus ocho patas. 

El robot fue construido con polímeros electroactivos que se deforman al exponerse a la electricidad. El robot tuvo sus pruebas exitosas en el Mediterráneo a principios de 2016. Su desarrollo ha ayudado al campo de la robótica blanda a avanzar mucho más desde entonces. 

En un caso, en 2017, la Universidad de Harvard creó el Octobot, un robot blando con todos sus componentes mecánicos reemplazados por sistemas blandos análogos. Fue impreso en 3D y tenía canales incrustados que facilitaban el control de energía y movimiento, alimentado mediante neumática a gas. 

Además de los desarrollos inspirados en el pulpo, la robótica bioinspirada también imitó a otros animales. Los ingenieros de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne, por ejemplo, desarrollaron un robot que imitaba el movimiento de una salamandra. 

Otro equipo de investigadores se inspiró en las serpientes. Gracias a sus propiedades de poder atravesar terrenos complejos e intrincados, estos robots podrían resultar útiles en la exploración espacial. 

Pleurobot y Snakebot: Robótica que hizo posibles movimientos complejos

El Pleurobot se inspira en el movimiento de una salamandra. Posee una vértebra única que ayuda al robot a deslizarse dentro y fuera del agua. Tiene 11 segmentos espinales. En cuanto a la visión, el desarrollo del robot se orientó a reestimar la forma en que funciona la médula espinal humana así como la interacción del cerebro con ella. 

Imitar el movimiento de una salamandra mediante un robot fue un avance crucial porque las salamandras pueden pasar de gatear a caminar y a nadar realizando el mismo movimiento, solo cambiando la velocidad. Tales innovaciones podrían resultar transformadoras y revolucionarias cuando se apliquen en máquinas y robots. 

El Snakebot, por otro lado, fue la creación de un grupo de investigadores de la Universidad Carnegie Mellon. Su objetivo era desarrollar un robot que emulara el movimiento de una serpiente al arrastrarse por terrenos difíciles, entre escombros y alrededor de obstáculos. El robot medía 37 pulgadas de largo y 2 pulgadas de diámetro y tenía 16 articulaciones. Según los últimos informes, la NASA había desplegado estos robots en sus proyectos de exploración espacial. 

Con estos desarrollos y muchos más, los robots que se inspiran en la naturaleza, también conocidos como robótica bioinspirada, se han vuelto importantes. El Instituto Tecnológico de Massachusetts, una de las instituciones más admiradas y veneradas del mundo para el aprendizaje de la ingeniería, tiene un curso de robótica bioinspirada bajo su departamento de ingeniería mecánica. 

El curso pretende fomentar un “enfoque interdisciplinario del diseño bioinspirado, con énfasis en la extracción de principios aplicables a varios campos de investigación en robótica, como la robótica, las prótesis y las tecnologías de asistencia humana.”

No solo las grandes instituciones están interesadas, sino que también las empresas tecnológicas de gran escala se están involucrando en la robótica bioinspirada con mucho entusiasmo. Por ejemplo, Boston Dynamics, una empresa adquirida por Hyundai en 2021 con una valoración de US$1.1 mil millones, desarrolló un robot que imita a un perro para realizar muchas tareas difíciles. La máquina de cuatro patas se llamó Spot. 

1. Spot de Boston Dynamics: Un robot de cuatro patas que imita a un perro

Desarrollado como un perro amarillo sin cabeza, Spot, de Boston Dynamics, podía escalar colinas y navegar escaleras. El dispositivo costaba US$74,500. Servía para muchos propósitos, desde inspeccionar fábricas, sitios de construcción y entornos peligrosos, podía subir escaleras e incluso desplazarse por ellas. 
https://youtu.be/9pZQ29RSz4I

Spot ahora es capaz de operar 24X7, sin intervenciones. Puede cargarse de forma autónoma y replantear dinámicamente alrededor de nuevos obstáculos. Según cifras oficiales, los robots Spot han llegado a más de 1,000 clientes hasta la fecha. 

Spot atiende a una variedad de industrias, incluyendo manufactura, energía y recursos naturales, construcción, academia y educación, y gobierno. 

Después de que Hyundai cerrara su acuerdo para tomar el control de Boston Dynamics, poseía una participación del 80 por ciento en la empresa. SoftBank, a través de una de sus filiales, mantenía el control del restante 20 por ciento. 

Hyundai publicó sus estados financieros consolidados de 2022 el 21 de marzo de 2023. La empresa obtuvo 6,126,969 millones de wones coreanos en 2022, un aumento considerable respecto a los 3,782,498 millones de wones coreanos obtenidos en 2021. Los dividendos pagados en 2022 fueron 7,207 millones. 

2. La adquisición de SevenSense por parte de ABB: Un avance en el desarrollo de robots inspirados en la naturaleza

ABB, otro referente global de la robótica, recientemente adquirió Sevensense, una startup suiza que se especializa en mejorar la movilidad de los robots industriales. Más específicamente, SevenSense desarrolla y fabrica sistemas robóticos con sensores y IA que poseen funcionalidades de ojo y cerebro para maniobrar alrededor de instalaciones y recorrer todo el espacio de la fábrica. 

Las soluciones no se limitarán a líneas de producción suministradas que normalmente utilizan tiras magnéticas fijas. Estos robots pueden mover 2 toneladas de materiales a velocidades de 1.5 metros por segundo. Vienen con seis cámaras. Según Sami Atiya, jefe de robótica y automatización discreta de ABB: 

“Con el sistema antiguo, cuando necesitabas cambiar una línea de producción de 100 metros, añadiendo una nueva celda de producción, por ejemplo, era imposible desviar el robot. Ahora podemos hacerlo fácilmente.”

Según su último informe financiero disponible, ABB tuvo unos ingresos anuales de US$29.4 billion en 2022, comparado con US$28.9 billion en 2021.

3. Motobot inspirado en el piloto humano de Yamaha

No solo los animales marinos y nuestros amigos de cuatro patas, sino que los robots también se inspiran en nosotros los humanos. El proyecto único de Yamaha, Motobot, tiene como objetivo crear un robot humanoide ideal para operar un vehículo sin modificaciones para uso autónomo. Motobot puede operar el vehículo de forma autónoma tomando datos de la velocidad del vehículo, revoluciones del motor, actitud de la máquina y parámetros similares. 

Yamaha planea potenciar a Motobot, avanzando, con GPS de alta precisión, sensores, etc., para que tenga capacidades de reconocimiento de posición de la máquina y tome decisiones más prudentes sobre las mejores líneas a seguir en una pista de carreras y los límites del rendimiento de la motocicleta. 

Para desarrollar Motobot, Yamaha se ha asociado con SRI International, un instituto de investigación global líder. La visión es extraer inspiración y conocimiento de las tecnologías subyacentes activas en el desarrollo de MOTOBOT, como el control de robots y la creación de interfaces hombre-máquina. 

Según su último informe anual disponible para el año fiscal 2022, Yamaha obtuvo unos ingresos de más de 408 mil millones de yenes japoneses en el año con una utilidad operativa central de 43 mil millones de yenes japoneses. 

Una lista de desarrollos interminables

En nuestro limitado lapso, podríamos discutir múltiples casos revolucionarios donde la robótica tomó una inspiración significativa de la naturaleza. Sin embargo, una encuesta de las publicaciones de investigación disponibles muestra que eso fue solo la punta del iceberg. La robótica, como corriente de estudio, investigación, desarrollo y aplicación, ha tomado significativamente de la naturaleza y continuará haciéndolo. 

Los drones robóticos, por ejemplo, están inspirados significativamente en los pájaros. No solo en cuanto a su mecanismo de vuelo, los pájaros también inspiran a los drones a volar eficazmente en mal tiempo y entre fuertes vientos. 

Las aves sumergidas llevaron a la creación del Aquatic Micro Air Vehicle (AquaMAV) en el Laboratorio de Robótica Aérea del Imperial College London. Estos AquaMAV pueden sumergirse en el agua a altas velocidades, volver a emerger y expulsar agua mediante un chorro. Estas soluciones se utilizan en una variedad de casos, incluyendo la recolección de muestras de agua para realizar misiones de rescate o exploración bajo el agua.

Las mariposas han inspirado a los microbots a tener un tipo especial de estructura de ala que podría ayudarles a volar más lejos y evitar accidentes. 

Boston Dynamics, una de las empresas que ya hemos mencionado, tiene otro robot llamado el Atlas, que es un humanoide bípedo inteligente. 

Jessiko es un robot submarino que utiliza aletas para atravesar el agua. DelFly Micro es un robot de alas batientes de 3.07 gramos que, como su nombre indica, está inspirado en la mosca. El mundo también ha sido testigo del advenimiento de robots blandos de cuatro patas impresos en 3D inspirados en tortugas. 

La naturaleza cuenta con millones de animales e insectos. Las capacidades evolutivas de estos animales e insectos les permiten hacer cosas asombrosas. Los humanos no somos una excepción. Aprender cómo funcionan estos cuerpos abriría muchas oportunidades para los robots. 

Muchas tareas que requieren que los humanos viajen a lugares peligrosos podrían realizarse mediante estos robots. Estos robots no solo pueden cumplir esas tareas, sino hacerlo a mayor velocidad y eficiencia, con mucha delicadeza y precisión. Pueden ayudar a ejecutar muchas tareas repetitivas para crear más tiempo para que el cerebro humano haga lo que mejor sabe: idear y crear cosas nuevas para impulsar la civilización. 

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