¿Quieres un robot que camine por la pared? Mira a las abejas de miel

¿Quieres un robot que camine por la pared? Mira a las abejas de miel

22 de mayo de 2018

Investigadores de la Universidad de Tsinghua en Beijing, China, han estudiado el patrón de caminar de las abejas melíferas (Apis mellifera) al escalar una superficie vertical. Encuentran que las abejas cambian el estilo de andar cuando giran en comparación con cuando caminan en línea recta. Los hallazgos pueden tener aplicaciones en la robótica. (Video originalmente publicado en Zhao et al 2018, Journal of Insect Science)

Por Leslie Márquez, Ph.D.

Con seis patas para coordinar, la caminata de un insecto implica más que simplemente poner una pata delante de la otra. De hecho, la complejidad de ese movimiento puede ser sólo un buen modelo para el desarrollo de robots de varias piernas, especialmente aquellos que pueden escalar paredes, según una investigación publicada en el Journal of Insect Science.

Cuando se mueve en línea recta, un insecto baja tres pies simultáneamente en una formación estable de trípode: o el pie derecho delantero, el pie izquierdo medio y el pie derecho trasero; o el pie izquierdo delantero, el pie derecho medio y el pie izquierdo trasero. Poco se sabía, sin embargo, acerca de cómo los insectos giran cuando suben por las paredes, dice Yan. Para investigar esto, los investigadores construyeron una ingeniosa plataforma experimental que combina una cámara de alta velocidad y espejos cuidadosamente colocados para obtener tres vistas de la abeja melífera (Apis mellifera) mientras se mueve. Además, dice: "Colocamos diferentes colores en los tres pares de patas de la abeja de la miel para mantener un claro seguimiento de los movimientos de las patas"."

En este diagrama de locomoción de la abeja de la miel, las patas de la abeja están etiquetadas como derecha o izquierda (R o L, respectivamente), y como el par de patas delanteras, medias o traseras (1, 2 o 3, respectivamente). Cuando se mueven en línea recta, las abejas de la miel caminan en un trípode con tres patas que tocan el suelo en todo momento (dos de un lado y una del otro). Cuando avanzan cuatro pasos (como se ilustra a la derecha), las patas alternas tocan el suelo y el cuerpo del insecto se balancea de un lado a otro. (Imagen publicada originalmente en Zhao et al 2018, Journal of Insect Science)

El análisis por ordenador reveló que tanto si una abeja se mueve por el suelo como por una pared, prefiere utilizar un paso de tres patas cuando va en línea recta, pero cambia a un paso de cuatro patas cuando gira. "Eso nos sorprendió especialmente. Antes de esto, siempre habíamos pensado que las abejas utilizaban el modo de andar con trípode para hacer un giro", dice Yan. Para girar, la abeja mueve las dos patas delanteras simultáneamente en la dirección en la que desea viajar, mientras que las otras dos permanecen en la superficie, describe. Una vez que baja sus patas delanteras, el par medio o el par trasero se levantan y bajan, siempre con las cuatro patas en contacto con la superficie. Las patas delanteras sincronizadas son, por lo tanto, responsables de guiar la dirección de giro de la abeja de la miel, mientras que el eje central del insecto sigue siendo coherente con la dirección de arrastre, dice.

Además, Yan y sus colegas vieron diferencias en el balanceo o el balanceo del cuerpo de la abeja: El cuerpo se balancea hacia adelante y hacia atrás cuando se mueve en línea recta (lo que le ayuda a caminar rápidamente), pero el balanceo desaparece al girar. Él dice: "La conexión precisa entre la marcha en trípode y el movimiento de balanceo del cuerpo de la abeja melífera sigue siendo ambigua."

Al girar, las abejas melíferas cambian a la marcha en trípode, con dos pares de patas tocando hacia abajo. Además, el balanceo del cuerpo desaparece. (Imagen originalmente publicada en Zhao et al 2018, Journal of Insect Science)

Estas ideas sobre la locomoción de los insectos y los mecanismos de andar pueden tener aplicaciones en la locomoción de los robots, dice Yan. "La mayoría de los robots que pueden lograr un suave arrastre de paredes verticales no usan métodos de movimiento inspirados en la biología. Más bien, hay ejercicios de tipo rueda con pies y robots de oruga de uso universal, pero así como los movimientos con ruedas en la vida no pueden reemplazar completamente el caminar, este tipo de andar no es lo suficientemente flexible, y su adaptabilidad a los cambios macroscópicos en las superficies de arrastre es baja", dice Yan.

Tales robots no siempre pueden navegar bien en superficies irregulares, especialmente cuando se mueven verticalmente. Otros diseños, como los robots de pie adhesivo, también tienen limitaciones en cuanto a que requieren múltiples motores para accionar cada articulación y controlar la estructura especial del pie, son complicados de operar y son de gran tamaño, dice Yan. "Tales robots carecen de las ventajas de la flexibilidad de los pequeños robots y no pueden ser aplicados en muchas escenas", dice. Las abejas de la miel, sin embargo, son expertas en todos estos movimientos, por lo que un examen de su biomecánica puede ser útil en el diseño de robots.

Al estudiar cómo caminan las abejas, los investigadores de la Universidad de Tsinghua en Beijing, China, esperan obtener conocimientos que puedan ayudar en el diseño de robots de múltiples patas. Aquí, el doctor Shaoze Yan (izquierda) y el doctor Jieliang Zhao, de la División de Sistemas Inteligentes y Biomecánicos de la universidad, establecen una plataforma experimental que combina una cámara de alta velocidad y espejos cuidadosamente colocados para obtener tres vistas de la abeja mientras se mueve. (Fotografía cortesía de Shaoze Yan, Doctor en Filosofía)

Él y sus coautores están trabajando actualmente en robots bioinspirados de seis patas que utilizan el paso del tetrápodo de la abeja de la miel para hacer un giro. "Como representante típico de los robots móviles de inspiración biológica, los robots hexápodos tienen estructuras de extremidades redundantes y un andar rico, y son flexibles en el movimiento. Pueden evitar obstáculos sin contacto, cruzar barreras, subir y bajar escalones y realizar movimientos complejos en el terreno mediante el ajuste de la postura y el cambio de modo de andar", dice. "Los robots de seis patas tendrán ventajas únicas en los campos de las industrias de servicios, la exploración espacial, el antiterrorismo y la ayuda en caso de desastre en el futuro."

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"Las abejas prefieren conducir sobre una pared lisa con pasos de tetrápodos"

Revista de Ciencia de los Insectos

>Leslie Márquez, Ph.D.,

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