A compact multi-legged mobile robot with leg-mounted adhesion mechanisms for climbing walls in narrow spaces

A medida que las ciudades envejecen, los edificios y puentes que las mantienen unidas comienzan a mostrar su edad. En Japón, la edad promedio de esta infraestructura está aumentando rápidamente, lo que crea una necesidad apremiante de inspecciones y reparaciones regulares. Sin embargo, enviar trabajadores humanos para revisar paredes altas, túneles estrechos o espacios reducidos alrededor de maquinaria pesada es peligroso y cada vez más difícil a medida que la fuerza laboral disminuye. Para resolver esto, los ingenieros están recurriendo a los robots. Mientras que algunos robots se desplazan sobre ruedas o vuelan como drones, estos métodos tienen dificultades en superficies irregulares o en esquinas estrechas donde los obstáculos bloquean su camino. Una solución más adaptable reside en el diseño de máquinas caminantes que puedan agarrarse a superficies verticales, pero construir un robot que pueda escalar una pared sin caerse requiere un delicado equilibrio entre movimiento y agarre. El desafío no es solo adherirse a la pared, sino moverse a través de ella sin arrastrar las partes pegajosas, lo que las arrancaría o las dejaría atrás.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Muroran han desarrollado un robot compacto de cuatro patas diseñado específicamente para abordar estas difíciles tareas de inspección. Su enfoque combina un mecanismo de marcha con un agarre basado en succión que funciona en muchos materiales diferentes, desde metal liso hasta concreto rugoso. A diferencia de los diseños anteriores de seis patas que eran voluminosos y limitados en su forma de moverse, este nuevo robot utiliza una estructura de cuatro patas más simple donde cada pata tiene cuatro articulaciones móviles. Esta flexibilidad adicional permite al robot balancear sus patas libremente, colocando sus pies en nuevas posiciones sin tener que arrastrar sus ventosas a través de la superficie. El equipo se centró intensamente en los "pies" del robot, probando diversas formas y materiales para encontrar el que pudiera soportar más peso. Descubrieron que una almohadilla circular y plana hecha de caucho de uretano, de treinta milímetros de diámetro, proporcionaba el agarre más fuerte y confiable. Al medir cuidadosamente la fuerza de esta succión, aseguraron que el robot pudiera sujetarse de forma segura incluso al moverse.

Para asegurarse de que el robot pudiera realmente escalar, el equipo construyó un prototipo y probó su capacidad para moverse tanto en suelos planos como en paredes verticales. Programaron la máquina para utilizar un patrón de marcha diagonal: dos patas se adherirían a la pared para mantener el cuerpo estable mientras las otras dos se balanceaban hacia adelante o hacia atrás para encontrar nuevos puntos de apoyo. Este método permitió al robot desplazar su peso y dar un paso hacia adelante sin perder el equilibrio. Una parte crítica del diseño fue asegurar que la almohadilla de succión en la punta de cada pata se mantuviera perfectamente plana contra la pared, incluso mientras la pata se movía a través de ángulos complejos. Utilizando una sola unidad de pata, los investigadores verificaron que los eslabones mecánicos pudieran mantener la almohadilla paralela a la superficie durante estos movimientos, lo cual es esencial para mantener un sello fuerte. Las pruebas confirmaron que el robot podía avanzar y retroceder en una pared, cambiando su agarre y balanceando sus patas en un ritmo coordinado.

El estudio también analizó diseños anteriores para comprender por qué no fueron suficientes. Los robots anteriores de seis patas dependían de ventosas pasivas que no presionaban con suficiente fuerza contra la pared, lo que provocaba un agarre débil y un movimiento inestable. Esos modelos antiguos también estaban restringidos a movimientos de balanceo simples que dificultaban la navegación en entornos complejos. El nuevo diseño de cuatro patas supera estos problemas mediante el uso de una bomba de vacío activa para crear una fuerza de succión fuerte y constante, y al otorgar a cada pata más libertad de movimiento. Aunque las pruebas iniciales se realizaron en paneles de acrílico lisos, los investigadores reconocen que las paredes del mundo real, a menudo hechas de concreto rugoso, presentan un desafío diferente. Planean probar el robot en superficies de concreto próximamente para ver cómo se mantiene la succión frente a los bultos e irregularidades que se encuentran en la infraestructura real. Por ahora, los resultados muestran que un robot compacto de cuatro patas con almohadillas de succión cuidadosamente seleccionadas es una forma viable de inspeccionar lugares de difícil acceso, ofreciendo una alternativa más segura y adaptable para los trabajadores humanos.