Nos llamó la atención cuando GE Research anunció su proyecto de 2,5 millones de dólares para demostrar la viabilidad de un robot bioinspirado parecido a una lombriz, capaz de excavar túneles tácticos de manera rápida y eficiente para operaciones militares críticas en el frente.
Un equipo multidisciplinario de investigadores de GE (General Electric Company) dedicará los próximos 15 meses a este programa Underminer de DARPA, que permitirá la construcción rápida de túneles subterráneos para operaciones en el campo de batalla, incluidas misiones de rescate y logística de municiones, superando las capacidades de perforación comerciales actuales.
El líder del proyecto e ingeniero mecánico Deepak Trivedi estuvo feliz de responder algunas preguntas de RoboticsBiz. La inspiración para el diseño similar a una lombriz de tierra de GE tiene sus raíces en el trabajo de doctorado de Trivedi, uno de los primeros en robots blandos como brazos de pulpo y trompas de elefante. Esta idea era crear un robot que tuviera la destreza para hacer giros bruscos, pasar por espacios reducidos o confinados, y la adaptabilidad para recoger y mover objetos de tamaños y formas muy diferentes.
Deepak se unió a GE Research en 2010 después de completar su doctorado en Ingeniería Mecánica y Ciencias Computacionales de Penn State. Deepak es autor de más de 15 publicaciones que han sido citadas en total más de 1000 veces.
¿Puede hablarnos sobre el diseño similar a una lombriz de tierra?
Resulta que las lombrices de tierra son probablemente las constructoras de túneles más prolíficas del planeta. Las lombrices de tierra se basan en una estructura muscular llena de líquido, llamada «esqueleto hidrostático». Cuando se mueven, algunas secciones de su estructura se expanden radialmente para agrandar el túnel mientras anclan el gusano, mientras que otras se alargan para crear movimiento y penetrar más en el suelo.
Las raíces de los árboles también pueden penetrar a través de suelos muy compactados y rocas blandas al generar altas presiones a través del crecimiento de tejido. Hemos diseñado un prototipo de varios pies de largo, con músculos hidráulicos artificiales que imitan la agilidad de las lombrices de tierra moviéndose a través del suelo y con la fuerza de las raíces de los árboles penetrando a través de la roca blanda. El robot es capaz de cambiar adaptativamente su forma de andar dependiendo de las condiciones del suelo. El robot puede crear túneles sin necesidad de sacar ningún material a la superficie, lo que le otorga ventajas de eficiencia y sigilo.
¿Cómo funciona su función de sigilo?
Nuestro robot crea túneles desplazando el suelo a su alrededor en lugar de cortar, evacuar y transportar el suelo a la superficie, como se hace en muchas técnicas tradicionales de construcción de túneles. Esta operación no requiere un importante equipo de apoyo sobre el suelo para transportar los despojos de la excavación del túnel. El robot logra esto emulando los ciclos de expansión-penetración-contracción de la lombriz de tierra. La expansión radial del gusano con una gran fuerza desplaza el suelo radialmente, agranda el túnel y compacta el suelo, lo que conduce a una buena integridad del túnel. Dado que no hay despojos en la superficie que puedan detectarse fácilmente, la operación puede ser muy sigilosa.
El robot puede sortear obstáculos de forma autónoma para llegar a la ubicación deseada sin GPS. ¿Puede darnos una idea de cómo funciona esta capacidad autónoma y de detección bajo tierra, lo que permite que el robot se mueva y haga túneles en los lugares correctos?
Estamos aprovechando la vasta experiencia intersectorial de GE en tecnologías de detección provenientes de las industrias de petróleo y gas (perforación), aviación (navegación inercial) y atención médica (ultrasonido) para desarrollar soluciones para Underminer.
Otra característica impresionante es la velocidad. Se dice que el robot puede moverse a una velocidad de 10 cm/seg y cavar un túnel de 500 metros de largo y al menos 10 cm de diámetro. Cuéntenos sobre las tecnologías avanzadas de excavación de túneles utilizadas en el robot para perforar en circunstancias subterráneas desafiantes, especialmente cuando el robot no puede sortear un obstáculo.
Nuestro objetivo es excavar túneles de 10 cm de ancho hasta 500 m de largo a una velocidad de 10 cm/s. Una ventaja única de nuestra tecnología es que la locomoción del propio robot expande el túnel, por lo que la función de tunelización y locomoción se fusionan en la misma estructura multifuncional. Estamos utilizando poderosos músculos artificiales hidráulicos que operan a presiones muy altas y brindan la fuerza para expandir el túnel e impulsar al robot hacia adelante. El robot necesita una pequeña herramienta de pilotaje en la parte delantera para iniciar el túnel, y los poderosos músculos se encargan del resto.
El prototipo ha realizado algunas demostraciones iniciales a escala de laboratorio del robot haciendo túneles a través de la tierra. ¿Tiene algún caso de uso comercial o industrial?
Este proyecto no solo ayudará a avanzar en las tecnologías de construcción de túneles, sino también en las capacidades avanzadas de inspección y reparación mediante robots. El diseño de robot blando que estamos creando tendrá muchos más grados de libertad de movimiento que los robots convencionales con articulaciones. Una de las razones por las que los pulpos, por ejemplo, pueden pasar por espacios tan pequeños es que no tienen huesos. Lo mismo se aplica a los robots blandos, que pueden ser muy ventajosos cuando desea llegar a lugares pequeños como el interior de un motor a reacción o una turbina de potencia para inspeccionar y realizar reparaciones complejas.