La fuerza y flexibilidad del cuello de la jirafa inspiran un nuevo robot en Japón

Cuando pensamos en la flexibilidad de los robots, los mejores ejemplos suelen encontrarse en robots blandos que imitan los tentáculos del pulpo o la trompa del elefante, que tienen algunas capacidades únicas. Pero la mayoría de los animales son en cierta medida blandos y flexibles, normalmente combinados con una estructura interna rígida. 

Es un sistema complejo, aunque con algunas ventajas significativas en potencia y control. Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio experimentaron con la imitación de lo que posiblemente es una de las combinaciones más impresionantes de flexibilidad y fuerza en el mundo animal: el cuello de la jirafa. 

Por ahora, el trabajo tiene carácter de investigación y solo debe ayudar a encontrar formas de trasladar la anatomía de un animal real a la tecnología; sin embargo, el cuello robótico ya sabe moverse de forma parecida a su modelo e incluso adaptarse a la fuerza aplicada (la ejercida por las manos de los ingenieros). Este prototipo aún está lejos de todo lo que pueden hacer las jirafas vivas, pero los ingenieros planean aumentar su flexibilidad y resistencia.

«El cuello de la jirafa tiene excelentes características que pueden servir como una buena alternativa para construir un mecanismo robótico de gran tamaño. Por ejemplo, el cuello puede moverse rápidamente cuando las jirafas se golpean el cuello entre sí. Además, el cuello de la jirafa ayuda a prevenir impactos y se adapta a la forma y dureza del cuello del oponente. En cambio, un mecanismo robótico convencional está limitado en su capacidad para alcanzar estas características de potencia y flexibilidad, es decir, ser potente pero también resistente a los impactos, y tener adaptabilidad cinemática y dinámica al oponente», explica el estudio. 

Los cuellos de las jirafas pueden pesar hasta 150 kilogramos y alcanzar 2 metros de longitud, pero a lo largo de la evolución se volvieron flexibles y fuertes no solo para alcanzar las sabrosas hojas de las copas altas, sino también porque los machos de jirafa luchan entre sí con el cuello, a veces hasta la muerte. ¿Qué mejor fuente de inspiración para desarrollar robots grandes, verdad?

Como primer paso hacia la creación de un robot potente y flexible, los investigadores construyeron un robot esquelético-muscular a media escala que imita la estructura y el mecanismo del cuello de la jirafa, basándose en el conocimiento anatómico, y reprodujeron parte de sus características.

El dispositivo consta de un mecanismo esquelético fabricado con una impresora 3D, un mecanismo de compensación de la gravedad que imita el ligamento nucarial mediante material de caucho y tensores, un sistema de control muscular redundante con músculos artificiales finos y una articulación especial con discos de caucho y ligamentos imitados.

El cuello robótico de jirafa hace todo lo posible por imitar la estructura de un cuello real de jirafa, con una disposición similar de vértebras y tendones, y con finos músculos neumáticos artificiales McKibben que proporcionan fuerza de contracción, igual que lo hacen los músculos reales. Es complicado, pero proporciona una flexibilidad considerable.

Los autores del artículo señalan que las jirafas pueden usar la fuerza y la flexibilidad de sus cuellos al entrar en contacto entre sí sin causar daños, algo que no pueden hacer los sistemas mecánicos convencionales.

Hasta ahora, los investigadores no han desarrollado máquinas o robots con las mismas características de potencia y flexibilidad que el cuello de la jirafa. Por ejemplo, si dos grúas industriales reales se pelearan, es fácil imaginar que el daño sería catastrófico, y ambas acabarían rotas. Compárese con el cuello de las jirafas reales, que es menos destructivo y no hace cosas extrañas.

En cualquier caso, los investigadores sugieren que desarrollar un sistema robótico con una combinación práctica de potencia, flexibilidad y control podría ser más fácil con un modelo de cuello de jirafa que con uno de trompa de elefante. Se puede sacrificar algo de suavidad y flexibilidad y hacer que funcione de manera que pueda aplicar el esfuerzo necesario para usos industriales. 

Este robot se llama «Robot con cuello de jirafa n.º 1». Aunque no es el nombre más creativo, sugiere que le seguirán otros robots. Al parecer, el siguiente paso será aumentar la potencia en varios órdenes de magnitud mediante actuadores hidráulicos en lugar de neumáticos.

«Este estudio busca aplicar estas excelentes características del cuello de la jirafa al desarrollo de mecanismos robóticos. En particular, robotistas y zooanatomistas unieron esfuerzos para desarrollar un robot esquelético-muscular largo, potente y flexible, basado en la anatomía del cuello de la jirafa. El prototipo de robot esquelético-muscular funciona con finos músculos neumáticos artificiales McKibben, que se doblan con facilidad. Los resultados confirman la coordinación entre músculos y ligamentos y la adaptabilidad de la forma a la fuerza externa», informaron los investigadores. 

Los resultados experimentales indican que los científicos lograron que el análogo robótico de los mecanismos ofreciera potencia y flexibilidad similares a las de las jirafas. Teniendo en cuenta que la evolución ha creado durante cuatro mil millones de años las mejores soluciones de ingeniería, a los científicos solo les queda buscar soluciones para sus problemas en la naturaleza viva.