Reinventan la rueda para el transporte del futuro: todoterreno, sin amortiguación y sin aire

 

Científicos surcoreanos han reinventado la rueda con un nuevo dispositivo que se transforma mecánicamente, pasando de ser tan duro como un neumático normal a tan maleable como la plastilina

Científicos surcoreanos han reinventado la rueda con un nuevo dispositivo que se transforma mecánicamente, capaz de ser tan duro como los neumáticos normales o tan maleable como el metal líquido, dependiendo del terreno que atraviesen. Estas nuevas ruedas cambian de forma en tiempo real para atravesar terrenos accidentados y superar obstáculos de cualquier forma imaginable. Según sus inventores, estas nuevas ruedas podrían cambiar la manera en que construimos sillas de ruedas, robots y cualquier otro vehículo móvil, resolviendo un desafío que durante mucho tiempo ha limitado la capacidad de las máquinas para moverse por donde queríamos.

La nueva rueda —presentada en un artículo de investigación revisado por pares publicado en la última edición de la revista científica Science Robotics— ha sido modelada basándose en cómo las gotas de líquido experimentan la tensión superficial, una fuerzas cohesivas que las atraen hacia el interior, causando que la gota mantenga una forma circular. "Este estudio demuestra la variación en la rigidez en tiempo real a la escala de las ruedas reales utilizadas para una silla de ruedas, lo que sugiere aplicaciones comunes más amplias en robots con ruedas y sistemas de transporte para una conducción eficiente en terrenos accidentados", afirman los científicos en sus conclusiones.

Para lograr esto, los ingenieros crearon algo que llaman ‘estructura de cadena inteligente’, que se encuentra alrededor de la parte más externa de la rueda. Esta estructura consiste en una serie de bloques interconectados, que se asemejan a los eslabones de una cadena. Estos bloques están conectados al buje central de la rueda mediante radios de alambre.

Cómo funciona

La capacidad de la rueda para cambiar de forma depende del ajuste de la tensión en estos radios de alambre. La tensión se controla alterando la distancia entre los dos lados del buje central. Cuando se aumenta la distancia del buje, los radios tiran de los bloques de la cadena hacia adentro, tensando la estructura y haciendo que la rueda adopte una forma rígida y circular. Este estado es óptimo para un movimiento rápido en superficies lisas y planas.

Por el contrario, cuando se reduce la distancia del buje, la tensión en los radios disminuye, lo que permite que los bloques de la cadena se expandan hacia afuera. Esta reducción en la tensión hace que la rueda sea más flexible y deformable, permitiéndole adaptarse y rodar sobre obstáculos. En este estado suavizado, la rueda puede deformarse significativamente, ajustándose a la forma del terreno que encuentra, lo que le permite superar obstáculos de hasta un 40% de su radio.

El funcionamiento de esta rueda puede compararse con el comportamiento de una gota de líquido bajo la influencia de la tensión superficial. Así como la tensión superficial tira de una gota hacia una forma redondeada al contraer sus moléculas de superficie hacia adentro, la tensión en los radios de la rueda tira de los bloques hacia una configuración circular. Cuando se relaja la tensión, la estructura se vuelve más flexible, similar a cómo una gota puede deformarse bajo fuerzas externas.

Según los datos del artículo de investigación, este mecanismo de rigidez variable ha sido probado con éxito en aplicaciones prácticas, incluyendo una silla de ruedas de dos ruedas y un vehículo de cuatro ruedas. Estas pruebas demostraron que la rueda podía cambiar entre estados rígidos y flexibles en tiempo real, permitiendo que los vehículos atraviesen tanto superficies lisas como terrenos irregulares con obstáculos de hasta 1,2 veces el radio de la rueda, desde rocas hasta escalones.

La capacidad de ajustarse en tiempo real al terreno ofrece una mejora significativa en la movilidad de los dispositivos que operan en entornos desafiantes. En primer lugar, es más simple, requiriendo menos elementos mecánicos que los diseños anteriores, como los utilizados por los rovers Curiosity y Perseverance de la NASA en Marte. Dado que es un diseño más simple, aunque parezca más complejo, será menos propenso a fallar que los diseños anteriores de vehículos todoterreno. Sin embargo, todavía queda resolver su principal inconveniente: el diseño actual de la rueda tiende a acumular partículas de tierra entre los huecos de su radio. 

Con el tiempo, la tierra hace que el mecanismo falle. Los inventores, sin embargo, afirman que pueden resolver esto con cubiertas flexibles que ocultarán los espacios vacíos expuestos en el diseño actual.

El santo grial de una rueda verdaderamente todoterreno

A pesar de su papel fundamental en la civilización, las ruedas han permanecido más o menos iguales durante milenios. Esto es extraño porque, a pesar de su uso generalizado, las ruedas tradicionales tienen limitaciones severas cuando se trata de atravesar terrenos irregulares o llenos de obstáculos. Se han hecho numerosos intentos para mejorar esto, con diferentes niveles de éxito.

La NASA es quizás el taller más avanzado en cuanto a desarrollo de vehículos todoterreno. El rover marciano Sojourner—que comenzó a rodar sobre el canal Ares Vallis el 4 de julio de 1997—fue el primer vehículo con ruedas en otro planeta. Para poder atravesar el terreno accidentado del Planeta Rojo, contaba con seis ruedas de 13 centímetros hechas de aluminio, montadas en un chasis con dos elementos. El primer elemento, llamado ‘Bogie’, conectaba la rueda delantera con la central. El segundo se llamaba ‘Rocker’ y conectaba la rueda trasera con el primer elemento. 

El primer elemento, llamado ‘Bogie’, conectaba la rueda delantera con la central. El segundo se llamaba ‘Rocker’ y conectaba la rueda trasera con el primer elemento. Esto permitía que las ruedas se movieran hacia arriba y hacia abajo de manera que siempre se mantuvieran en contacto con el suelo, permitiéndole superar teóricamente obstáculos de hasta 20 centímetros. Ese diseño evolucionó en rovers posteriores, logrando el mejor diseño en los rovers Curiosity y Perseverance de Marte, los robots casi gemelos del tamaño de un Volkswagen Beetle equipados con seis neumáticos de aleación de níquel-titanio.

Sin embargo, esas ruedas eran duras, solo adecuadas para trabajos pesados y lentos en Marte. La posibilidad de usar la misma tecnología en la Tierra sería prohibitivamente costosa, tanto en producción como en mantenimiento. Además, es demasiado engorrosa para ser utilizada en dispositivos como sillas de ruedas.

En 2021, la compañía surcoreana de neumáticos Hankook desarrolló una nueva generación de ruedas transformables inspiradas en el origami, que pretendían resolver este desafío. Sin embargo, eran demasiado complejas y delicadas para convertirse en una realidad, ya que requerían un mecanismo eléctrico activo que introducía múltiples puntos de fallo.

Ha habido esfuerzos para producir neumáticos sin aire para vehículos de carretera por parte de grandes marcas y startups inspiradas por la NASA, pero estos están diseñados para resistir pinchazos y manejar condiciones difíciles, no para adaptarse a la topografía de terrenos irregulares. Su rigidez los hace menos efectivos para adaptarse a los obstáculos, lo que limita su utilidad en terrenos accidentados. Requieren sistemas de suspensión grandes y pesados, lo que los hace menos adecuados para las aplicaciones que esta nueva rueda puede servir. Una vez que resuelvan el problema de la tierra que se acumula en los radios y perfeccionen el diseño, parece que los investigadores pueden haber encontrado el santo grial de las ruedas todoterreno.

Font, article de Jesús Díaz per a "El Confidencial"