Cuando se trata de alimentar robots móviles, las baterías presentan una paradoja problemática: cuanta más energía contienen, más pesan y, por lo tanto, más energía necesita el robot para moverse. Los recolectores de energía, como los paneles solares, pueden funcionar para algunas aplicaciones, pero no entregan energía de manera rápida o constante para un viaje sostenido.
James Pikul, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada de Penn Engineering, está desarrollando tecnología de potencia robótica que tiene lo mejor de ambos mundos. Su fuente de voltaje ambientalmente controlada, o ECVS, funciona como una batería, ya que la energía se produce rompiendo y formando enlaces químicos repetidamente, pero escapa a la paradoja del peso al encontrar esos enlaces químicos en el entorno del robot, como una cosechadora. Mientras está en contacto con una superficie metálica, una unidad ECVS cataliza una reacción de oxidación con el aire circundante, alimentando al robot con los electrones liberados.
El enfoque de Pikul se inspiró en cómo los animales se alimentan a través de la búsqueda de enlaces químicos en forma de alimento. Y como un organismo simple, estos robots impulsados por ECVS ahora son capaces de buscar sus propias fuentes de alimento a pesar de carecer de un «cerebro».
En un nuevo estudio publicado como artículo de Editor’s Choice en Sistemas inteligentes avanzados, Pikul, junto con los miembros del laboratorio Min Wang y Yue Gao, demuestran un robot con ruedas que puede navegar por su entorno sin una computadora. Al tener las ruedas izquierda y derecha del robot impulsadas por diferentes unidades ECVS, muestran una forma rudimentaria de navegación y búsqueda, donde el robot se dirigirá automáticamente hacia superficies metálicas que puede «comer».
Su estudio también describe un comportamiento más complicado que se puede lograr sin un procesador central. Con diferentes disposiciones espaciales y secuenciales de unidades ECVS, un robot puede realizar una variedad de operaciones lógicas basadas en la presencia o ausencia de su fuente de alimento.
«Las bacterias pueden navegar de forma autónoma hacia los nutrientes a través de un proceso llamado quimiotaxis, donde detectan y responden a los cambios en las concentraciones químicas», dice Pikul. «Los robots pequeños tienen limitaciones similares a los microorganismos, ya que no pueden transportar baterías grandes o computadoras complicadas, por lo que queríamos explorar cómo nuestra tecnología ECVS podría replicar ese tipo de comportamiento».
En los experimentos de los investigadores, colocaron su robot sobre superficies de aluminio capaces de alimentar sus unidades ECVS. Al agregar «peligros» que evitarían que el robot entrara en contacto con el metal, mostraron cómo las unidades ECVS podían hacer que el robot se moviera y navegar hacia fuentes más ricas en energía.
«De alguna manera», dice Pikul, «son como una lengua en el sentido de que sienten y ayudan a digerir la energía».
Un tipo de peligro era una trayectoria curva de cinta aislante. Los investigadores demostraron que el robot seguiría de forma autónoma el carril metálico entre dos líneas de cinta si sus unidades EVCS estuvieran conectadas a las ruedas del lado opuesto. Si el carril se curva hacia la izquierda, por ejemplo, el ECVS del lado derecho del robot comenzaría a perder potencia primero, lo que ralentizaría las ruedas izquierdas del robot y haría que se alejara del peligro.
Otro peligro tomó la forma de un gel aislante viscoso, que el robot podría eliminar gradualmente al pasar sobre él. Dado que el grosor del gel estaba directamente relacionado con la cantidad de energía que las unidades ECVS del robot podían extraer del metal debajo de él, los investigadores pudieron demostrar que el radio de giro del robot respondía a ese tipo de señal ambiental.
Al comprender los tipos de señales que las unidades ECVS pueden captar, los investigadores pueden idear diferentes formas de incorporarlas en el diseño de un robot para lograr el tipo de navegación deseado.
«El cableado de las unidades ECVS a motores opuestos permite que el robot evite las superficies que no le gustan», dice Pikul. «Pero cuando las unidades ECVS están en paralelo con ambos motores, operan como una puerta ‘OR’, ya que ignoran los cambios químicos o físicos que ocurren bajo una sola fuente de energía».
«Podemos utilizar este tipo de cableado para adaptarnos a las preferencias biológicas», dice. «Es importante poder distinguir entre los entornos que son peligrosos y deben evitarse y los que son simplemente inconvenientes y se pueden atravesar si es necesario».
A medida que evoluciona la tecnología ECVS, se pueden usar para programar comportamientos aún más complicados y receptivos en robots autónomos y sin computadora. Al hacer coincidir el diseño de ECVS con el entorno en el que un robot necesita operar, Pikul imagina pequeños robots que se arrastran a través de escombros u otros entornos peligrosos, llevando los sensores a lugares críticos mientras se preservan.
«Si tenemos diferentes ECVS que están sintonizados con diferentes químicas, podemos tener robots que eviten superficies que son peligrosas, pero que atraviesen las que se interponen en el camino de un objetivo», dice Pikul.
