Los bugbots: Microrobots inspirados en insectos para explorar otros planetas

En 1989, un par de científicos postularon el envío de enjambres de robots, algunos tan pequeños como mosquitos, para explorar otros planetas. Su artículo, "Rápido, barato y fuera de control: una invasión robótica del sistema solar", se adelantó a su tiempo. Todavía lo es. Pero los roboticistas no han terminado con la idea de que los pequeños robots logren algo grande.

El objetivo de muchos robots de insectos modernos va más allá de la exploración espacial a pequeñas máquinas autónomas que pueden mejorar la vida aquí en la Tierra. Y su inspiración proviene del mundo de los insectos: abejorros, moscas de la fruta y, sí, incluso mosquitos.

Para Sawyer Buckminster Fuller, entomólogo y profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Washington, Seattle, la mejor pregunta es, ¿por qué no?

"Hay dos grandes razones en las que me gusta pensar", dijo Fuller. "Primero, son tan pequeños que son inherentemente seguros alrededor de las personas. No sufrirás una lesión si un robot insecto choca contra ti. La otra es que son tan pequeños que usan muy poca energía".

Las baterías de los drones generalmente se agotan después de unos 30 minutos, pero los robots del tamaño de un insecto podrían recolectar energía fácilmente disponible en el medio ambiente. Al aire libre, podrían regenerarse con la luz solar. En interiores, podrían volar y pegarse a una bombilla o usar las ondas de radio de un punto de acceso Wi-Fi.

¿Qué servicios podrían proporcionar los microbots inspirados en insectos? Polinización de cultivos, búsqueda y rescate, y vigilancia de desastres. Podrían detectar fugas de metano en la infraestructura de gas natural, monóxido de carbono en los hogares, incendios forestales y plagas agrícolas. También podrían ser útiles en el monitoreo de alta resolución del tiempo, el clima y la calidad del aire. Y, debido a que es prohibitivamente costoso lanzar artículos pesados al espacio, los robognats que pesan solo 10 o 15 miligramos, menos que un grano de arroz, teóricamente podrían explorar el sistema solar a bajo precio.

Fuller es director de la Robótica autónoma de insectos Laboratorio o AIR Lab, donde él y sus estudiantes intercambian ideas y juegan para diseñar robots autónomos que se asemejan a abejas, moscas y mosquitos, entre otros bugbots.

La reducción de la robótica plantea serios desafíos, incluida la búsqueda o el diseño de hardware de sensores y controladores lo suficientemente pequeños y livianos para un vuelo y navegación estables. Los aviones, incluidos los drones, navegan con giroscopios, pero los giroscopios son demasiado pesados y consumen mucha energía, incluso los más ligeros pesan 15 miligramos.

Con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos, Fuller y sus estudiantes idearon un innovador sistema de control de vuelo y detección del viento utilizando acelerómetros. Un acelerómetro mide la velocidad del aire de un objeto volador al detectar la aceleración inducida por el arrastre. Es más eficiente que un giroscopio y puede pesar tan poco como 2 miligramos. La idea se inspiró en las observaciones de Fuller de que las moscas usan sus antenas para sentir el viento y controlar su vuelo. La investigación del equipo aparece en un número reciente de

El conjunto de sensores del laboratorio también incluye un sensor de flujo óptico ligero en miniatura y un microprocesador para estimar la altitud y la fuerza del viento. En conjunto, la suite es aproximadamente 20 veces más ligera y utiliza aproximadamente 100 veces menos energía que el sistema de aviónica en el dron más pequeño, del tamaño de la palma de la mano, capaz de flotar por sí mismo.

El AIR Lab ha pasado de simulaciones exitosas a construir una robofly de 100 miligramos para experimentos del mundo real. En un año más o menos, una vez que consigan que la mosca robótica flote de forma autónoma, esperan comenzar a abordar el robomosquito. Sus bugbots incluso se parecen a los insectos que los inspiraron, con cuerpos de fibra de carbono negra y alas batientes hechas de un material de poliéster transparente y delgado mantenido rígido por "venas" de fibra de carbono.

La pequeña escala de estos robots conlleva numerosos desafíos, incluido el peso de las fuentes de energía y la densidad del agua en comparación con el volante liviano, así como la naturaleza difícil y lenta de ensamblar estos microrobots. A medida que avanzaba el proyecto, muchos prototipos de RoboBee y sus componentes tuvieron que ser construidos, y los investigadores necesitaban una forma de comenzar a fabricar RoboBees de manera más rápida y consistente.

La solución no se encontró en la naturaleza, sino en las artes. Inspirándose en el origami y los libros pop-up para niños, en 2011 el equipo desarrolló un nuevo método de capas y plegado de componentes robóticos para fabricar microrobots de manera eficiente sin comprometer su complejidad: sistemas microelectromecánicos de circuito impreso.

Hoy en día se prevé que esta tecnología sea aprovechada por la robótica quirúrgica. Las cirugías asistidas por robot son una práctica común y han permitido que numerosas operaciones quirúrgicas se vuelvan menos invasivas, dejando cicatrices menos prominentes, acelerando la recuperación y disminuyendo la probabilidad de infección.