Agencias, Ciudad de México.- Ingenieros de Caltech han desarrollado “medusas robóticas biohíbridas” para explorar las profundidades de los océanos con sus formas versátiles.
Estas criaturas, que pueden considerarse como cyborgs oceánicos, están dotadas con dispositivos electrónicos que mejoran su natación y un “sombrero” protésico que puede transportar una pequeña carga útil y al mismo tiempo hace que las medusas naden de una manera más aerodinámica.
El trabajo, publicado en la revista Bioinspiration & Biomimetics, se llevó a cabo en el laboratorio de John Dabiri, profesor de Aeronáutica e Ingeniería Mecánica. El objetivo de Dabiri con esta investigación es utilizar medusas como recolectores de datos robóticos, enviándolas a los océanos para recopilar información sobre la temperatura, la salinidad y los niveles de oxígeno, todos los cuales se ven afectados por el cambio climático de la Tierra.
“Es bien sabido que el océano es fundamental para determinar nuestro clima presente y futuro en la tierra y, sin embargo, todavía sabemos sorprendentemente poco sobre el océano, especialmente lejos de la superficie”, dice Dabiri en un comunicado. “Nuestro objetivo es finalmente cambiar esa situación adoptando un enfoque poco convencional inspirado en uno de los pocos animales que ya explora con éxito todo el océano”.
A lo largo de su carrera, Dabiri ha buscado inspiración en el mundo natural, incluidas las medusas, para resolver desafíos de ingeniería. Este trabajo comenzó con los primeros intentos del laboratorio de Dabiri de desarrollar un robot mecánico que nadara como medusas, que tuviera el método más eficiente para viajar a través del agua que cualquier criatura viviente. Aunque su equipo de investigación logró crear un robot de este tipo, ese robot nunca fue capaz de nadar tan eficientemente como una medusa real. En ese momento, Dabiri se preguntó: ¿por qué no trabajar simplemente con las medusas?
“Las medusas son las primeras exploradoras del océano, llegan a los rincones más profundos y prosperan igual de bien en aguas tropicales o polares”, dice Dabiri. “Dado que no tienen cerebro ni la capacidad de sentir el dolor, hemos podido colaborar con expertos en bioética para desarrollar esta aplicación robótica biohíbrida de una manera que se basa en principios éticos”.
Anteriormente, el laboratorio de Dabiri implantó a las medusas una especie de marcapasos electrónico que controla la velocidad a la que nadan. Al hacerlo, descubrieron que si hacían que las medusas nadaran más rápido que el ritmo pausado que normalmente mantienen, los animales se volvían aún más eficientes. Una medusa que nada tres veces más rápido de lo normal utiliza sólo el doble de energía.
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— Phys.org (@physorg_com) February 28, 2024
Esta vez, el equipo de investigación fue un paso más allá y añadió a las medusas lo que llaman un cuerpo anterior. Estos cuerpos anteriores son como sombreros que se colocan encima de la campana de la medusa (la parte del animal con forma de hongo). Los dispositivos fueron diseñados por el estudiante de posgrado y autor principal Simon Anuszczyk, cuyo objetivo era hacer que la medusa fuera más aerodinámica y al mismo tiempo proporcionar un lugar donde se puedan transportar sensores y otros dispositivos electrónicos.
“Al igual que el extremo puntiagudo de una flecha, diseñamos cuerpos impresos en 3D para agilizar la campana del robot medusa, reducir la resistencia y aumentar el rendimiento de la natación”, dice Anuszczyk. “Al mismo tiempo, experimentamos con la impresión 3D hasta que pudimos equilibrar cuidadosamente la flotabilidad y mantener a las medusas nadando verticalmente”.
Para probar las habilidades de natación de las medusas aumentadas, el laboratorio de Dabiri emprendió la construcción de un enorme acuario vertical dentro del Laboratorio Guggenheim de Caltech. Dabiri explica que el tanque de tres pisos es alto, en lugar de ancho, porque los investigadores quieren recopilar datos sobre las condiciones oceánicas muy por debajo de la superficie.
Las pruebas de natación realizadas en el tanque muestran que una medusa equipada con una combinación de marcapasos de natación y parte delantera puede nadar hasta 4,5 veces más rápido que una medusa totalmente natural mientras lleva una carga útil. El coste total es de unos 20 dólares por medusa, dice Dabiri, lo que convierte a las medusas biohíbridas en una alternativa atractiva al alquiler de un barco de investigación cuyo funcionamiento puede costar más de 50,000 dólares al día.
“Al utilizar la capacidad natural de las medusas para soportar presiones extremas en las profundidades del océano y su capacidad para alimentarse, nuestro desafío de ingeniería es mucho más manejable”, añade Dabiri. “Todavía necesitamos diseñar el paquete de sensores para soportar las mismas presiones aplastantes, pero ese dispositivo es más pequeño que una pelota de softball, lo que hace que sea mucho más fácil de diseñar que un vehículo submarino completo que opere a esas profundidades”.
Caltech ha presentado la mejora electromecánica de un robot medusa biohíbrido para la exploración oceánica mediante la adición de cuerpos delanteros pasivos y aerodinámicos. Demostramos la capacidad de viajar a velocidades de hasta 4,5 veces la velocidad inicial de nado de las medusas mientras transportamos una carga útil de más de 270 g en un volumen del 105% del volumen de la medusa.
El flujo alrededor del robot biohíbrido se examinó mediante visualización de trayectorias en intervalos de tiempo para demostrar los efectos locales de racionalización, y el rendimiento de natación del robot biohíbrido se investigó en una instalación personalizada de agua salada de 6 m de altura que permitió probar la natación en distancias significativamente más largas que en estudios anteriores. Se descubrió que la adición de una carga útil disminuye la aceleración dentro del ciclo, lo que puede facilitar mediciones a bordo más precisas en los casos en que se debe minimizar el movimiento inestable de la plataforma.
Al utilizar animales vivos y su capacidad para extraer energía química de la columna de agua mediante la alimentación, este enfoque tiene el potencial de eliminar la mayor parte de la energía de la batería que normalmente se requiere para la propulsión submarina, aprovechando y controlando la locomoción de las medusas. Esto sugiere una oportunidad para ampliar el conjunto de herramientas robóticas biohíbridas para la exploración oceánica.
