RoboBee

RoboBee es un diminuto robot capaz de volar parcialmente sin ataduras , desarrollado por un equipo de investigación en robótica de la Universidad de Harvard . Fruto de doce años de investigación, RoboBee resolvió dos desafíos técnicos clave de la microrrobótica . Los ingenieros inventaron un proceso inspirado en los libros desplegables que les permitió construir a escala submilimétrica con precisión y eficiencia. Para lograr el vuelo, crearon músculos artificiales capaces de batir las alas 120 veces por segundo.

El objetivo del proyecto RoboBee es crear un enjambre totalmente autónomo de robots voladores para aplicaciones como búsqueda y rescate , vigilancia y polinización artificial . ^{[ 1 ]} Para que esto sea factible, los investigadores necesitan averiguar cómo obtener el suministro de energía y las funciones de toma de decisiones, que actualmente se suministran al robot a través de un pequeño cable integrado en el cuerpo principal.

La envergadura de 3 centímetros (1,2 pulgadas) de RoboBee lo convierte en el dispositivo artificial más pequeño inspirado en un insecto capaz de volar. 

Durante más de una década, investigadores de la Universidad de Harvard han estado trabajando en el desarrollo de pequeños robots voladores. ^{[ 2 ]} La Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los Estados Unidos financió la investigación inicial con la esperanza de que condujera a soluciones de vigilancia sigilosa para el campo de batalla y entornos urbanos. Inspirados en la biología de una mosca , los primeros esfuerzos se centraron en lograr que el robot volara. El vuelo se logró en 2007, pero el movimiento hacia adelante requirió una guía, ya que no fue posible construir mecanismos de control a bordo. El investigador de robótica de la UC Berkeley, Ron Fearing, calificó el logro como "un gran avance" para la robótica a microescala. ^{[ 3 ]}

El concepto de sistemas de vuelo a microescala no era nuevo. El " DelFly " ( 3,07 g; 1/9 oz ) era capaz de volar hacia adelante de forma autónoma y sin ataduras, mientras que los dispositivos de investigación Micromechanical Flying Insect (0,1 kg; 3 + 1/2 oz ) tenían potencia suficiente para mantenerse suspendidos en el aire, pero carecían de capacidad de vuelo autosostenido. ^{[ 4 ]}

Basándose en la promesa de los primeros experimentos con moscas robóticas, el proyecto RoboBee se lanzó en 2009 para investigar qué se necesitaría para "crear una colonia de abejas robóticas". ^{[ 5 ]}

Lograr un vuelo controlado resultó sumamente difícil, requiriendo el esfuerzo de un grupo diverso: expertos en visión, biólogos, científicos de materiales e ingenieros eléctricos. ^{[ 2 ]} Durante el verano de 2012, los investigadores resolvieron desafíos técnicos clave que permitieron a su creación robótica, apodada RoboBee, realizar su primer vuelo controlado. Los resultados de su investigación se publicaron en Science a principios de mayo de 2013. ^{[ 6 ]}

Según los investigadores de RoboBee, los esfuerzos previos para miniaturizar robots fueron de poca ayuda porque el pequeño tamaño de RoboBee cambia la naturaleza de las fuerzas en juego. ^{[ 5 ]} Los ingenieros tuvieron que encontrar la manera de construir sin motores rotativos , engranajes , tuercas y tornillos , que no son viables a una escala tan pequeña. ^{[ 5 ] [ 7 ]} En 2011, desarrollaron una técnica en la que cortaban diseños de láminas planas, las superponían y doblaban la creación para darle forma. ^{[ 2 ]} Se usó pegamento para mantener unidas las partes dobladas, de forma análoga al origami . ^{[ 7 ]} La técnica reemplazó a las anteriores que eran más lentas, menos precisas y utilizaban materiales menos duraderos. ^{[ 2 ]} El proceso de fabricación, inspirado en los libros desplegables , permite la producción rápida de prototipos de unidades RoboBee. ^{[ 8 ]}Archivado el 1 de diciembre de 2017 en Wayback Machine .

A microescala, una pequeña cantidad de turbulencia puede tener un impacto drástico en el vuelo. Para superarlo, los investigadores tuvieron que hacer que RoboBee reaccionara muy rápidamente. ^{[ 2 ]} Para las alas, construyeron " músculos artificiales " utilizando un actuador piezoeléctrico : una delgada tira de cerámica que se contrae cuando se le aplica corriente eléctrica . ^{[ 7 ]} Delgadas bisagras de plástico sirven como articulaciones que permiten movimientos de rotación en las alas. ^{[ 2 ]} El diseño permite que los robots generen una potencia comparable a la de un insecto de igual tamaño. ^{[ 5 ]} Cada ala se puede controlar por separado en tiempo real. ^{[ 2 ]}

El objetivo final del proyecto es crear colonias de RoboBees totalmente autónomas e inalámbricas. ^{[ 2 ]} A fecha de 2013, dos problemas siguen sin resolverse. En primer lugar, el robot es demasiado pequeño incluso para los microchips encapsulados más pequeños , lo que significa que no hay forma de que los robots tomen decisiones. ^{[ 7 ]} Actualmente, el RoboBee tiene sensores de visión integrados , pero los datos requieren transmisión a un "subsistema cerebral" conectado por cable para su interpretación. Se sigue trabajando en aceleradores de hardware especializados con el objetivo de resolver el problema. ^{[ 5 ]}

En segundo lugar, los investigadores no han logrado encontrar la manera de obtener una fuente de alimentación viable a bordo. ^{[ 7 ]} "La cuestión de la alimentación también resulta ser una especie de círculo vicioso ", comentó Wood. "Una unidad de alimentación grande almacena más energía, pero exige un sistema de propulsión más grande para manejar el mayor peso, lo que a su vez requiere una fuente de alimentación aún mayor". ^{[ 5 ]} En cambio, los robots deben estar conectados mediante pequeños cables que suministran energía y controlan la dirección. ^{[ 7 ]} Un avance reciente en la gestión de energía a bordo es la demostración de un sistema reversible y energéticamente eficiente de posicionamiento en voladizos. Esto permite que el prototipo permanezca en un punto de vista elevado mientras conserva energía. ^{[ 9 ]}

Si los investigadores resuelven los problemas de microchips y alimentación, se cree que los grupos de RoboBees que utilizan inteligencia de enjambre serán muy útiles en labores de búsqueda y rescate, así como polinizadores artificiales. Para lograr el objetivo de la inteligencia de enjambre, el equipo de investigación ha desarrollado dos lenguajes de programación abstractos : Karma, que utiliza diagramas de flujo , y OptRAD, que utiliza algoritmos probabilísticos. ^{[ 5 ]} Las posibles aplicaciones para RoboBees individuales o en pequeños grupos incluyen la vigilancia encubierta y la detección de sustancias químicas nocivas. ^{[ 3 ]}

Anteriormente, organizaciones como la Electronic Frontier Foundation han expresado su preocupación por el impacto en la privacidad de los civiles derivado del uso militar y gubernamental de robots voladores en miniatura. ^{[ 10 ] [ 11 ]} En algunas zonas, como el estado de Texas y la ciudad de Charlottesville, Virginia , los organismos reguladores han restringido su uso por parte del público en general. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

Según los investigadores del proyecto, el proceso de fabricación "desplegable" permitiría la producción en masa totalmente automatizada de RoboBees en el futuro. ^{[ 8 ]} El Instituto Wyss de Harvard está en proceso de comercializar las técnicas de plegado y despliegue inventadas para el proyecto. ^{[ 2 ]}

La envergadura de RoboBee es de 3 centímetros (1,2 pulgadas) , lo que se cree que es la envergadura artificial más pequeña que ha logrado volar. Las alas pueden batir 120 veces por segundo y controlarse de forma remota en tiempo real. Cada RoboBee pesa 80 miligramos (0,0028 onzas) . ^{[ 7 ]}  

La idea de que la polinización robótica de cultivos puede contrarrestar la disminución de polinizadores ha ganado gran popularidad recientemente. Investigadores de los campos de la polinización por abejas, la salud de las abejas, la conservación de las abejas y la agroecología han argumentado que RoboBee y otros polinizadores artificiales diseñados con materiales son una solución técnica y económicamente inviable en la actualidad y plantean riesgos ecológicos y morales sustanciales: (1) a pesar de los avances recientes, la polinización asistida por robots está lejos de poder reemplazar a las abejas para polinizar cultivos de manera eficiente; (2) es muy improbable que el uso de robots sea económicamente viable; (3) habría costos ambientales inaceptablemente altos; (4) se dañarían ecosistemas más amplios; (5) erosionaría los valores de la biodiversidad; y (6) depender de la polinización robótica podría conducir a una grave inseguridad alimentaria. ^{[ 14 ]}

• Polinizadores artificiales diseñados con materiales

• Página principal del proyecto Robobees
• Scientific American archivó el artículo del 8 de mayo de 2013 en Wayback Machine sobre RoboBee con vídeos.
• Artículo de TIME
• Ma, Kevin Y.; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B.; Wood, Robert J. (mayo de 2013). "Vuelo controlado de un robot a escala de insecto inspirado biológicamente". Science . 340 ( 6132): 603– 607. Bibcode : 2013Sci...340..603M . doi : 10.1126/science.1231806 . PMID 23641114. S2CID 21912409 .  — Artículo científico original .
• Graule, Moritz A.; Chirarattananon, Pakpong; Fuller, Sawyer B.; Jafferis, Noah T.; Ma, Kevin Y.; Spenko, Matthew; Kornbluh, Roy; Wood, Robert J. (mayo de 2016). "Posado y despegue de un insecto robótico en salientes mediante adhesión electrostática conmutable" . Science . 352 (6288): 978– 982. Bibcode : 2016Sci...352..978G . doi : 10.1126/science.aaf1092 . PMID 27199427 . - Artículo científico sobre posarse