Locomoción mediante ondas estacionarias generadas por resonadores piezoeléctricos para robots a escala de insecto

Este trabajo presenta un enfoque integral para el diseño y análisis de sistemas de locomoción basados en vibraciones mecánicas, accionados por actuadores piezoeléctricos, con patas adheridas, en robots con escala de insectos. Se inicia con una breve revisión de la evolución histórica y el estado del arte, destacando tanto robots rígidos como blandos, y se identifican limitaciones comunes como el alto consumo de potencia, baja autonomía y elevado costo de transporte. Se desarrolla una estrategia de locomoción que utiliza modos vibratorios resonantes mediante actuadores bimorfos con patas de geometría y ubicación diseñadas para el movimiento bidireccional. En el ámbito mecánico se demuestra que aumentar el desplazamiento vertical de la punta de las patas pasivas respecto a la rugosidad de la superficie mejora la movilidad, y se propone un innovador diseño de pilares de carga similares a las patas pasivas desacopladas de las frecuencias de resonancia de los actuadores bimorfos. En el ámbito eléctrico se implementan electrodos que optimizan los modos vibratorios deseados y se desarrolla un circuito elevador de voltaje, que aprovecha la capacitancia natural estática de los materiales piezoeléctricos y opera en dos frecuencias, permitiendo movimientos bidireccionales en traslación y rotación. La implementación del robot, con algunas partes fabricadas mediante impresión 3D, evidenció un rendimiento destacado: velocidad máxima de 70 mm/s (4.1 BL/s), autonomía teórica de 406 minutos (6.7 horas), consumo de potencia de 50.5 mW, capacidad de carga 33 veces su propio peso (7.42 g) y un costo de transporte de 10, superando en este último aspecto a los robots existentes en el estado del arte. Estos resultados confirman el gran potencial de los actuadores piezoeléctricos bimorfos para la miniaturización y el desarrollo de sistemas de locomoción eficientes en robots a escala de insectos.