Un robot blando de base líquida que funciona con energía solar hace que este escritor sueñe con sus aplicaciones potenciales en las exploraciones espaciales y más allá.
Por Medha Goyal
En las semanas previas al aterrizaje de Perseverance , quería parecer conocedor de Marte, así que decidí leer The Martian de Andy Weir. Como no era empleado de la NASA ni ingeniero aeroespacial, me perdí la mayoría de los tecnicismos. Sin embargo, lo que sí aprendí es algo que probablemente no olvidaré: hay tantas formas de morir en Marte, y la mayoría de ellas son engañosamente inocuas. Considere el viaje en solitario de Mark Watney al cráter Schiaparelli, donde fue recogido para el viaje de regreso a la Tierra. Le tomó días darse cuenta de la tormenta y darse cuenta de que el polvo había socavado sus paneles solares. Sin paneles solares en funcionamiento, podría haber perdido el soporte vital.
Pensándolo bien, tal vez esa sea la lección más significativa sobre la supervivencia en Marte: asegúrese de llevar paneles solares y verifique que estén funcionando.
La energía solar es tan importante para los viajes espaciales porque es limpia, está disponible durante otros cuatro mil millones de años y puede generarse en todo el sistema solar. Al planificar futuros viajes espaciales, quizás una buena estrategia sea construir equipos que funcionen con energía solar y dispositivos para monitorear las fluctuaciones en la luz recibida por los paneles solares. Ambos objetivos (y más) fueron logrados por académicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Columbia Británica en el reciente artículo » Robots suaves impulsados por energía solar», que describe un actuador robótico suave inteligentemente diseñado.
Un robot blando recibe la distinción de “blando” porque a menudo está hecho de materiales blandos como polímeros (siliconas y ceras), biomateriales (gelatina y agar) e incluso bolsas de granos. Un actuador es simplemente un término elegante para una configuración que puede mover y controlar un robot. La razón por la que los robots blandos están en desarrollo es algo que cualquier niño que creció jugando con masilla tonta entiende intuitivamente. A diferencia de un robot hecho de metal o plástico, un robot blando tiene mucho más de seis grados de libertad. Se puede doblar, torcer, estirar, comprimir y cualquier otra cosa que puedas imaginar. Debido a su alcance y flexibilidad, un robot blando es una excelente opción para explorar terrenos desconocidos en entornos con recursos limitados como en Marte.
En su artículo, Mirvakili, Leroy, Sim y Wang describen un mecanismo que utiliza los rayos solares entrantes para ayudar a un robot blando a levantar objetos hasta 25 veces su peso por solo $ 68 USD.
Como superar a Antman
Para construir este mecanismo, comenzaría con una jeringa llena de metil perfluoropropil éter. Se trata de una sustancia química inerte cuidadosamente elegida que, a menos que llegue a la India en pleno verano, se presenta en forma de líquido. Sin embargo, llévelo a más de 34 ° C y se vaporiza. Dentro del químico inerte, colocaría una película fototérmica, una hoja que convierte la luz entrante en calor. Cuando expone la jeringa a la luz del sol, la película interna convierte los rayos solares en calor y la sustancia química comienza a alcanzar su punto de ebullición.
El siguiente paso es conectar la jeringa a una pinza blanda. Las pinzas blandas suelen estar hechas de silicona y contienen bolsas de aire inflables. A medida que el químico se convierte en gas, la presión del aire dentro de la jeringa aumenta y las bolsas de aire dentro de la pinza de silicona comienzan a inflarse.
Siempre que la pinza sea la misma en todas las direcciones, se inflará uniformemente. Afortunadamente, hay un truco simple que hará que la pinza se doble: pegar un trozo de tela de algodón a un lado de la silicona. Dado que la silicona se estira pero el algodón no, el lado de la pinza unido al algodón no se estirará, mientras que el otro lado se estirará mientras se infla la bolsa de aire. Cuando un lado se estira mientras el otro permanece contraído, la pinza se dobla, se engancha alrededor de un objeto y lo levanta.
Cuanto más alta sea la temperatura, mayor será la presión dentro de la jeringa y más pesada será la carga que el robot puede levantar. ¡Este robot puede levantar hasta 25 veces su propio peso! (En mi borrador original, terminé esta sección con «¡chúpalo, Antman!». Desde entonces aprendí que las hormigas pueden levantar 5000 veces su propio peso …)
Construyendo un girasol de silicona
Bien, tenemos un trozo de caucho de silicona que se puede doblar con el calor. Pero, ¿cómo lo operamos? Resulta que podemos convertirlo en un robot agregando un sistema de controles. Esto es lo que permite que la pinza se doble y se enderece. El sistema de controles verifica si la jeringa se está sobrecalentando y toma medidas para reducir la temperatura de la jeringa.
Hay muchas formas de reducir la temperatura de un objeto. Si está comiendo sopa en una cena elegante, por ejemplo, puede soplar delicadamente la sopa. Si eres un corredor de larga distancia sobrecalentado en la estación médica, puedes golpearte la cara con una bolsa de hielo. Si fue el autor de este artículo y buscaba la forma más elegante de convertir la fase gaseosa de la jeringa en líquido, su solución puede ser simplemente golpear ligeramente la jeringa. Debido a que la luz que incide en la película fototérmica calienta el líquido, inclinar la película en una dirección con menos luz incidente hace que se caliente menos. A medida que la temperatura comienza a descender, la presión en la jeringa disminuye lentamente y la pinza doblada se endereza gradualmente.
En lugar de usar un sensor de temperatura para verificar cuándo es necesario enfriar la jeringa, los autores hicieron que el sistema de controles simplemente verificara la presión en la jeringa. Cuanto mayor sea la presión, más se doblará la pinza. Cuando la presión alcanzara un pico, la pinza estaría en su límite. Luego, para aliviar la tensión en la pinza, la jeringa podría inclinarse para recibir menos luz. Una vez que el calor alcanza su mínimo, la jeringa se puede girar nuevamente en el camino de la luz del sol, reiniciando el ciclo.
Esta solución imita el método utilizado para maximizar la luz capturada por los paneles solares. El ángulo de un panel solar a menudo se cambia a lo largo del día, para seguir al sol a medida que cambia de posición o para buscar el ángulo más soleado cuando las nubes oscurecen el cielo. Los rastreadores activos utilizan sensores electrónicos y un motor para encontrar la parte más brillante del cielo y rotar el panel en esa dirección. Los seguidores pasivos dejan que la gravedad haga el trabajo: a medida que el calor del sol mueve el líquido alrededor del panel, las partes llenas de líquido del panel sienten el peso y se inclinan hacia abajo, cambiando el ángulo del panel.
Puede que no sea obvio, o al menos no lo fue para mí, pero según los autores, el mecanismo descrito en este documento también podría servir como rastreador para paneles solares. La salida de presión medida por el microcontrolador nos dice indirectamente la temperatura de la película fototérmica, que indirectamente nos dice su ángulo. Al registrar la presión y convertirla en temperatura, tenemos un sensor que nos dice cuándo los paneles solares están alejados de la parte más brillante del cielo.
Debido a que este actuador está hecho de líquido, la ciencia también puede funcionar a escalas más pequeñas. Quizás podríamos encontrarnos con diminutas cápsulas líquidas operando pequeños paneles solares, como si la sala de televisión de Willy Wonka hubiera reducido este mecanismo para que quepa en su reloj inteligente.
A Marte y más allá
Este robot blando requiere menos energía para funcionar que un rastreador activo, lo que nos permite conservar energía donde cada parte es extremadamente importante: en el espacio. En Marte, un astronauta podría simplemente colocar esta pinza robótica suave frente a la luz solar entrante y observar cómo levanta objetos pesados o tal vez incluso excava en el terreno para recolectar muestras de suelo.
Mark Watney finalmente escapó de la tormenta de polvo con la ayuda de, lo adivinó, esos paneles solares. Deduciendo que la tormenta viajaba al norte o al sur, condujo a lo largo del eje norte-sur y usó los paneles solares para medir la luz entrante a lo largo de su ruta. Si la energía solar recolectada a lo largo del tiempo fue mayor en el panel más al sur que en uno más al norte, concluyó que la tormenta era más ligera hacia el sur y se estaba moviendo hacia el norte.
Creo que puedo hablar por la mayoría de las personas cuando digo que no desearía la experiencia de Watney ni siquiera en mi peor enemigo. Incluso con su astucia, no había garantía de que sobreviviría. Aún así, si el viaje de Watney llegara a convertirse en algo más que ficción, tengo la esperanza de que las innovaciones de energía solar presentadas en este documento y más por venir ofrecerían a un astronauta varado el apoyo que necesita.
