Diseño y construcción de un robot basado en la locomoción de la larva de la Cochliomyia hominivorax

Abstract

Los robots móviles son dispositivos electromecánicos capaces de desplazarse en un espacio de trabajo. De acuerdo a su tipo de locomoción, los robots móviles se clasifican en: locomoción mediante orugas, locomoción mediante patas y locomoción mediante ruedas. En los últimos años, se ha agregado una nueva clasificación a los robots móviles:los robots apodos. Este tipo de robots surge de la actual tendencia que sigue la robótica en analogar sistemas biológicos o, como también se les conoce, desarrollar robots biónicos; en este caso, la analogía es con los animales apodos, capaces de adaptar su desplazamiento a prácticamente todo tipo de terreno. El diseño de robots apodos se puede abordar desde esta perspectiva. Sin embargo, a pesar de los importantes avances que se han logrado con la robótica modular en el diseño de los robots apodos, los prototipos que se conocen requieren de cierta cantidad de espacio "extra" para desplazarse además del propio espacio que ellos ocupan, por ello, en este trabajo se propone un tipo de locomoción que no requiere de ese espacio y se pretende comprobar que dicha propuesta es viable. El análogo biológico del modo de locomoción que se aborda aquí es la larva de la Cochliomyia hominivorax, también conocida como "gusano barrenador del ganado". Como en la investigación para esta tesis se encontró que hay una creciente cantidad de trabajos de científicos y desarrolladores de tecnología que trabajan en el diseño de robots apodos. Uno de estos trabajos, el de "multisegment large space robot: Concept and designel", cuenta con una característica que lo hizo fungir como una de las bases del presente proyecto: los autores realizan un simple modelos físico a través de un procedimiento adecuado de diseño. Hicieron analogías con cosas más simples para poder diseñar su robot, dejando de lado la resolución de ecuaciones complejas. Con esto como base, el modelo de la locomoción de la larva de la Cochliomyia hominivorax se obtuvo aproximándolo al movimiento de un tornillo de potencia, cuya forma, a su vez, tiene analogía con la forma de la larva. Las matemáticas utilizadas fueron las de la teoría de tornillos y se diseño al robot tratando de que todas sus medidas fuesen a escala 200:1 de la larva. Para este diseño, se realizaron experimentos de observación con larvas de la Cochliomyia hominivorax. Uno de los parámetros obtenidos fue la velocidad lineal promedio de la larva, que resultó de 0.002 m/s. Ahora, el diseño del robot sufrió diversas modificaciones hasta quedar en un prototipo muy distinto del propuesto al principio del trabajo de investigación. El resultado es un robot de forma de prisma hexagonal, cuyos elementos de tracción son un seis ejes helicoidales. Estos ejes están basados en el movimiento de la larva para provocar la locomoción. Se realizaron con PTFE con 33% de carbón. La estructura del robot es de aluminio, as como las piezas de sujeción para los motores y los ejes. Los motores se encienden según la cara del robot que esté en contacto con el suelo. Para saber eso, se diseño un sensor en forma de prisma hexagonal, con mercurio y un par de cables de cobre para cada lado del hexágono. El sensor se alineo con el robot, de forma que cuando este ultimo gira sobre su eje, el mercurio en el sensor se mueve hacia la nueva cara en contacto con el terreno y son esos los cables que conducen y envian señal a un SN74LS148N para enviar 3 bits a una GAL 22V10, previamente programada para el control de los motores. Como no existen trabajos previos que permitan comparar el desempeño del prototipo y poder validarlo de esta forma, se realizaron pruebas de locomoción sobre diferentes superficies y se midió la velocidad para tomarla como parametro de control. Se encontró que la m áxima velocidad promedio alcanzada fué de 0.005 m/s, con una eficiencia energética de 66.66% de la programada. Se lleg ó a la oonclusión con estas pruebas de que redimensionando el robot, la velocidad y la eficiencia mejorarmejorarían en comparación con las obtenidas. Este prototipo es el primer estudio del movimiento de desplazamiento helicoidal sobre tierra, por lo mismo, el objetivo general no se cumplió al 100 %, sin embargo, las posibilidades de realizar trabajos futuros son muchas y muy variadas y, en esas nuevas ocasiones, las bases ya estarán planteadas. Palabras Clave: Cochliomyia hominivorax, Robot móvil, ápodo.