Etiqueta: ROBOT GUSANO

Robot gusano (segunda parte)

Robot gusano (segunda parte)

En la tesis de maestría de Garzón, publicada el año 2011 con el título “Estrategias bio-inspiradas para locomoción de robots ápodos”, se indica que los robots gusano utilizan el movimiento peristáltico como técnica de locomoción, este tipo de movimiento, al igual que el de arrastre con dos puntos de apoyo, permite a los robots desplazarse por tuberías, o entornos cilíndricos, se ha utilizado también para sistemas de endoscopia o colonoscopia, pero en este caso la sujeción al entorno es más sencilla por lo que el número de prototipos es mucho mayor. Uno de los puntos más fuertes de este tipo de robots es la estabilidad, debido a que la mayor parte del cuerpo del robot está en contacto constante con la superficie, otra ventaja es que la forma de movimiento es independiente del tamaño del robot, razón por la cual es posible encontrar micro robots de algunos centímetros hasta robots de algunas decenas de centímetros, adicionalmente se adapta muy bien a espacios muy estrechos debido a que la zancada requiere muy poco espacio adicional al tamaño del robot.

En el articulo de Cruz y sus colegas, publicado el año 2007 con el titulo “Diseño y construcción de un robot articulado que emula el movimiento de un gusano”, se indica que en un robot gusano, el desplazamiento se consigue mediante ondas que recorren el robot, para lo cual las articulaciones deben estar perfectamente coordinadas. Estas ondas pueden ser: (1) Ondas Transversales. En las que el movimiento de la onda es perpendicular a la dirección de avance, según como esté situado el plano que contiene a la onda con respecto al plano por el que se desplaza el robot se clasifican en: (1.1) Ondas Transversales Paralelas. Es el clásico movimiento de las serpientes haciendo “eses”. También se denomina movimiento de serpentina. Las ondas se transmiten desde la cabeza hasta la cola generando movimiento. (1.2) Ondas Transversales Perpendiculares. Es el movimiento de los gusanos de seda. Aquí las ondas se transmiten desde la cola hasta la cabeza. (2) Ondas Longitudinales. El movimiento de la onda se realiza en la misma dirección de propagación. Las ondas son como las del sonido al propagarse; contracción–expansión–contracción. Es el movimiento de las lombrices de tierra.

Los gusanos longitudinales se definen como aquellos que son recorridos por ondas longitudinales, desde la cola hasta la cabeza. Un ejemplo podrían ser las lombrices de tierra. Se supone que el gusano está constituido por N segmentos iguales, de longitud L0 cuando están en reposo. Los segmentos son contráctiles y retráctiles de manera que se pueden contraer y expandir una distancia máxima. Todos los segmentos son exactamente iguales, con la misma masa y propiedades mecánicas y están unidos unos a otros sólidamente, no pudiendo separarse. El movimiento del gusano es una evolución desde un estado inicial hasta otro final. Cada instante de tiempo define un estado del gusano. Esta evolución puede ser continua, en ese caso se habla de movimiento continuo, pero puede ser discreta si los vectores de estado no evolucionan continuamente, sino que lo hacen discretamente. En ese caso el movimiento entre el estado inicial y final queda determinado por una sucesión finita de estados: secuencias. El investigador González, en el proyecto publicado el año 2003 con el titulo “Diseño y construcción de un robot articulado que emula modelos animales: Aplicación a un gusano”, complementa mencionando que la implementación física de gusanos longitudinales, es decir, la construcción de uno de ellos, es muy complicada por varios motivos: (1) El gusano se “arrastra” por lo que hay mucho rozamiento con la superficie. Para eliminar este rozamiento en las partes contráctiles habría que elevarlas del suelo, lo cual complica mucho la mecánica. (2) Lograr que se cumpla la regla de no retroceso es complejo, porque hay que sincronizar muy bien todos los mecanismos. Un punto debe estar fijado sólo en unos instantes de tiempo de determinados. (3) El gusano no podría moverse por cualquier tipo de superficie, porque no en todas ellas podría garantizar la condición de no retroceso (4) El gusano no puede atravesar obstáculos ni moverse por superficies rugosas (5) Es complicado mecánicamente implementar los segmentos contráctiles-retráctiles.

Cruz y sus colegas, en el artículo indicado en párrafos precedentes, señalan que se define como gusano transversal, a aquel que se mueve mediante ondas transversales que recorren su cuerpo desde la cola hasta la cabeza. Es el movimiento normal de muchos tipos de gusanos, como por ejemplo los de seda. Los gusanos transversales se modelan mediante dos elementos: las articulaciones y los segmentos. Los segmentos son rígidos, de longitud definida y todos ellos exactamente iguales, con la misma masa y las mismas propiedades mecánicas. Las articulaciones son los elementos que unen dos segmentos entre sí. Existen bastantes articulaciones, de las cuales dos son ficticias, y las restantes son reales. Los segmentos se encuentran perfectamente enganchados unos a otros y el estado en el que se encuentra cada articulación sólo depende del estado interno del gusano y no viene impuesto por fuerzas externas. Para caracterizar el estado en el que se encuentra el gusano se utiliza un vector de estado, con un componente para cada articulación. González, en el proyecto indicado, señala que los gusanos transversales son más sencillos de implementar que los longitudinales, debido a que el movimiento no es de deslizamiento. Por ello es un movimiento que depende mucho menos de la superficie por la que se mueva, puede ser lisa, rugosa, con pequeños obstáculos, etc. La regla de avance sólo se cumple al cien por ciento en el caso de los gusanos continuos. En una implementación este modelo no es posible y tiene que ser discreto. El diseñador debe elegir con cuidado las funciones de contorno de manera que el parámetro “variación de la longitud proyección” sea el mínimo posible. También hay prestar atención a la regla de no retroceso. En el caso de gusanos longitudinales ciertos puntos tenían que quedar fijados a la superficie en ciertos instantes y sólo en ellos. En el caso de los transversales sólo hay que garantizar que al menos quede fijada a la superficie la articulación izquierda o derecha.

 

Guillermo Choque Aspiazu
www.eldiario.net
28 de Noviembre de 2016

Robot gusano (primera parte)

Robot gusano (primera parte)

En la tesis de La Torre, publicada el año 2014 con el título “Diseño e implementación de un robot gusano multicuerpo”, se menciona que un robot es un ente electro-mecánico capaz de realizar determinadas tareas. Las acciones que llevan a cabo obedecen a un conjunto de instrucciones previamente establecidas en un programa computacional. Las características principales que definen a un robot son las siguientes: (1) No es un ente natural, sino artificial. Un robot es un ente creado por el hombre. (2) Posee movimiento. Un robot es capaz de realizar movimientos rotacionales o traslacionales según el número de grados de libertad que éste posea. (3) Puede alterar su entorno. Un robot podrá mover o transformar los objetos de su entorno. (4) Posee cierta inteligencia para tomar decisiones. Dependiendo de la complejidad del programa del robot, podrá tomar ciertas decisiones con respecto a su entorno. Los robots nacen de la creatividad y del ingenio del hombre. La palabra “robot” proviene del término eslavo robota, el cual se refiere a esclavo. La primera vez que el término robot fue utilizado fue en la obra teatral “Rossum’s Universal Robot” de Karel Capek en el año1921, donde se narra que los robots son utilizados en todo trabajo duro. Al final de la historia, los robots se rebelan contra su creador.

En el articulo titulado “Diseño y construcción de un robot articulado que emula el movimiento de un gusano”, escrito por Cruz y sus colegas el año 2007, se indica que la robótica como disciplina ha crecido significativamente y existe una gran cantidad de robots, cada uno de estilo totalmente diferente al otro, pero todos utilizando la base fundamental de la electrónica. Debido a que el hombre constantemente busca medios y métodos para facilitar su investigación, se han creado los robots de investigación, con estos se intenta aportar algo nuevo a la robótica: Nuevos algoritmos, nuevas formas de movimiento, etc. Dentro de estos, y con la idea de buscar robots que logren sustituir a los vehículos con ruedas de manera que puedan moverse por superficies donde estos no pueden, ingenieros y científicos están imitando animales, que se encuentran bien adaptados al medio en el que viven. Una clasificación de estos es: Robots con patas y los “sin patas”. Los robots sin patas son conocidos como robots gusano o robots serpiente, los cuales, al tener una forma alargada, pueden penetrar por sitios a los que otro tipo de robot no tiene acceso.

En el estudio titulado “Principales líneas de investigación en robots reptores tipo ápodos”, escrito por González el año 2002, se menciona que muchos tipos de robots están bio-inspirados, intentando imitar a diferentes animales e insectos. Muchos de los problemas que se quieren resolver, ya han sido resueltos por la propia naturaleza, por lo que parte de las investigaciones se centran en copiar e imitar el comportamiento de ciertos animales e insectos. Dentro de los robots bio-inspirados se encuentran los robots tipo ápodo, que intentan imitar a aquellos animales e insectos que no disponen de ningún tipo de patas ni miembros para desplazarse, como son las serpientes y los gusanos. El término ápodo significa “carente de patas”. Estos tipos de animales presentan unas características que los hacen muy interesantes para ser imitados: (1) Se pueden mover por cualquier superficie, por muy escarpada que sea. (2) Pueden adoptar multitud de formas, lo que les permite introducirse por huecos y agujeros. (3) Tienen una sección muy pequeña en relación al tamaño total del animal. (4) Son bastante uniformes. (5) Pueden escalar. Estos robots tienen las características descritas que los hacen únicos, al igual que sus homólogos las serpientes y gusanos. Por un lado está su capacidad para cambiar su forma. Frente a las rígidas estructuras del resto de robots, los ápodos pueden doblarse y adoptar la forma del terreno por el que se desplazan. Por otro lado, su sección es muy pequeña en comparación con su tamaño, lo que les permite introducirse por tubos u orificios pequeños y llegar a lugares donde otros robots no pueden. Los robots ápodos reciben diferentes nombres: Snake-robots y serpentinerobots, aunque el nombre técnico adecuado es el de robots hiper-redundantes o robots fuertemente articulados.

El investigador Garzón, en la tesis publicada el año 2011 con el titulo “Estrategias bio-inspiradas para locomoción de robots ápodos”, señala que para el analisis de la locomocion de los animales ápodos, se recalca las tres variables independientes para el análisis cinemático de cada forma de movimiento: El largo de la zancada, el tiempo de estancia y el tiempo de progresión. A partir de estos parámetros es posible encontrar las demás variables cinemáticas como la velocidad o el ciclo útil. También es útil recordar que el trabajo que un animal ápodo tiene que hacer para moverse tiene dos componentes importantes, uno de ellos es el necesario para superar la fricción con el terreno y el otro es el trabajo inercial que deben hacer para iniciar y detener el movimiento de todo el cuerpo o una parte del mismo, en términos generales, a mayor velocidad del movimiento menor será el efecto de la fricción pero mayor el necesario para romper la inercia, y de manera análoga al tener un movimiento lento la fricción cobra un papel mucho más relevante que el de la inercia. Con el objetivo de aprovechar al máximo la energía consumida durante la locomoción, los animales ápodos han desarrollado diversas técnicas para aumentar la eficiencia del movimiento, entendida como el porcentaje de progreso real medido contra el esfuerzo total realizado. Para lograr esto pueden evitar retrocesos innecesarios, aumentar el ciclo útil de movimiento, alargar la zancada o aumentar la frecuencia de la misma. Esto ha resultado en la generación de varias formas de locomoción. Un elemento que presenta una alta complejidad y por tanto un importante reto a la hora de implementar locomoción bio-inspirada en mecanismos artificiales es el componente elástico presente en los músculos y tendones de los elementos, estos elementos permiten almacenar energía durante una fase del movimiento y liberarla luego para generar un movimiento eficiente en términos del consumo de energía. Los robots ápodos deben buscar un punto de equilibrio en el que se incluyan elementos elásticos en los diseños sin elevar demasiado la complejidad de los sistemas de control.

 

Guillermo Choque Aspiazu
www.eldiario.net
21 de Noviembre de 2016

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