29 noviembre 2016

Segunda parte Robot gusano

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.

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