Desarrollan un pez robótico escalable para diversos entornos acuáticos

Investigadores han desarrollado un prototipo de pez robótico, denominado ScaFi, capaz de adaptar su tamaño desde medio metro hasta cerca de tres metros manteniendo un diseño mecánico fundamentalmente idéntico. Este avance, documentado por Hackster.io, aborda el reto de diseñar vehículos subacuáticos que puedan operar eficazmente en entornos acuáticos de muy distinta índole, desde arroyos poco profundos hasta grandes lagos.

Tradicionalmente, la diversidad de entornos acuáticos —como la presencia de vegetación, la profundidad o la necesidad de interactuar con la fauna sin perturbarla— ha exigido el diseño de robots específicos para cada escenario. ScaFi propone una solución al ofrecer una plataforma escalable que evita la necesidad de iniciar un nuevo diseño cada vez que las dimensiones del cuerpo de agua cambian.

El mecanismo de propulsión de ScaFi se basa en una sección frontal rígida que alberga la electrónica y el tren de potencia. La parte trasera, una cola flexible, integra varillas de fibra de vidrio. Un único motor acciona dos tendones dispuestos en una configuración cruzada a través de la cola. Este sistema genera un movimiento de ondulación en forma de ‘S’ que impulsa al robot a través del agua.

La clave de la escalabilidad de ScaFi reside en el control de la rigidez de su cola. Los investigadores establecieron un modelo que determina el grosor de las varillas de fibra de vidrio en función de la longitud total del robot. Las versiones de mayor tamaño emplean varillas más gruesas, mientras que las más pequeñas utilizan varillas más finas. Esta metodología permite que la cola mantenga un comportamiento de flexión consistente, independientemente del tamaño del robot, sin requerir motores adicionales o cambios sustanciales en el mecanismo básico.

El equipo validó este concepto construyendo y probando tres versiones de ScaFi: de 0.6, 1.1 y 2.9 metros de longitud. Experimentos de velocimetría de imágenes de partículas (PIV) realizados con la versión más pequeña confirmaron que su cola generaba vórtices rotatorios, un patrón hidrodinámico similar al de la natación biológica. Las pruebas con los tres tamaños demostraron, además, que el enfoque de escalado lograba preservar una cinemática de cola comparable, a pesar de la casi quíntuple diferencia de longitud.

Cada tamaño de ScaFi mostró ventajas en diferentes hábitats. La versión de 0.6 metros fue desplegada en arroyos con profundidades de apenas 15 a 30 centímetros, donde robots más grandes no podrían operar. La versión mediana se probó en un arroyo con corriente, y el modelo de 2.9 metros fue utilizado en las aguas abiertas del lago Lemán, donde su mayor tamaño confería una estabilidad superior y una capacidad de carga útil incrementada.

A pesar de las ventajas, la escalabilidad de ScaFi implica ciertas contrapartidas. La versión más grande presentó una eficiencia energética considerablemente menor y requirió un motor diferente, debido al aumento de masa, inercia y arrastre hidrodinámico. Asimismo, las versiones mayores mostraron mayor estabilidad ante perturbaciones, mientras que el robot más pequeño, aunque más ágil, tardaba más en recuperar su trayectoria tras ser desviado.

ScaFi representa un punto de partida unificado para la creación de robots nadadores adaptados al entorno operativo. Esta arquitectura común permite a los ingenieros redimensionar un diseño básico y tener una previsión más precisa de su rendimiento en el agua, en lugar de desarrollar una máquina completamente nueva para cada cambio de escala.