Un equipo de NYU Tandon y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) ha construido tres versiones de ScaFi, un robot-pez que conserva la misma arquitectura de propulsión desde los 0,6 hasta los 2,9 metros. Las pruebas en laboratorio, arroyos y el lago Lemán muestran que escalar el movimiento es posible, aunque la eficiencia energética no crece al mismo ritmo.
Una cola flexible y un solo motor para tres tamaños
ScaFi no cambia de tamaño durante una misión. La aportación consiste en poder fabricar robots de longitudes distintas a partir de un mismo diseño paramétrico, evitando rediseñar desde cero cada plataforma para un arroyo, un río o aguas abiertas. El equipo ha publicado los resultados en npj Robotics, con tres prototipos de 0,6, 1,1 y 2,9 metros y masas respectivas de 1,5, 2,4 y 11 kilogramos.
La construcción combina una sección frontal rígida, donde se alojan motor y electrónica, con una cola flexible formada por varillas de fibra de vidrio. Un único motor tira de dos tendones que se cruzan cerca del extremo y producen una curva en S, inspirada en el movimiento subcarangiforme de peces como el bacalao y la caballa. Para pasar de una escala a otra, el parámetro estructural principal que cambia es el diámetro de esas varillas.
La idea importa porque muchos robots bioinspirados nacen optimizados para un único tamaño. Ampliarlos no consiste simplemente en multiplicar todas las dimensiones: aumentan la masa, la inercia y el arrastre, mientras que el actuador y la estructura dejan de responder de la misma manera. ScaFi usa una relación matemática entre longitud y radio de las varillas para mantener una deflexión comparable de la cola.
Los ensayos de velocimetría por imágenes de partículas confirmaron que la versión pequeña genera estelas de vórtices parecidas a las de un pez. Al comparar los tres tamaños con métricas sin dimensiones, los datos de avance por batido y número de Strouhal siguieron una tendencia común. Es una señal de que el patrón cinemático se conserva a pesar de multiplicar casi por cinco la longitud.
Del canal de pruebas al arroyo y al lago Lemán
Cada escala se probó en un entorno acorde con sus dimensiones. El robot de 0,6 metros nadó en arroyos de solo 15 a 30 centímetros de profundidad; el de 1,1 metros se desplegó en una corriente en Saint-Sulpice, Suiza; y la unidad de 2,9 metros salió a aguas abiertas en el lago Lemán. Según el artículo, los tres avanzaron sin un controlador activo que corrigiera continuamente su trayectoria.
La prueba en corriente ofrece un matiz útil. El robot mediano siguió el trazado sinuoso del cauce mientras se dejaba llevar parcialmente por el flujo. Durante el recorrido perdió la señal GPS, pero mantuvo el batido y continuó nadando. Eso no demuestra navegación autónoma completa: la pérdida afectó al registro de la posición, no activó una capacidad de relocalización o planificación de ruta.
El diseño apunta a monitorización ambiental y exploración en lugares donde una hélice convencional resulta problemática. Los propulsores pueden enganchar vegetación, remover sedimentos o alterar a los animales que se pretende observar. Una cola flexible reduce esos riesgos mecánicos y permite acercarse a zonas someras, aunque el trabajo no presenta todavía una carga científica concreta, sensores de calidad del agua ni misiones prolongadas de recogida de datos.
Las pruebas con masa añadida también muestran que la plataforma admite cierta carga. El prototipo pequeño siguió funcionando con 1 kilogramo adicional, un aumento del 66 %, y el mediano se ensayó con 1,5 y 2 kilogramos extra. El rendimiento cambió con el peso, pero el sistema conservó la propulsión. En perturbaciones laterales, los robots grandes recuperaron antes una trayectoria estable, mientras el pequeño resultó más ágil pero tardó más en recomponerse.
La forma escala mejor que el consumo
El resultado más interesante es también el límite principal. Mantener una forma de nadar equivalente no garantiza mantener velocidad ni eficiencia. La versión de 1,1 metros alcanzó las mayores velocidades absolutas, alrededor de una frecuencia de batido de 1 hercio. El prototipo de 2,9 metros quedó restringido a frecuencias inferiores a 0,5 hercios y consumió proporcionalmente más energía para desplazarse.
Los investigadores atribuyen esa caída a la combinación de masa, inercia, arrastre hidrodinámico y límites del actuador. El robot grande necesita además un motor diferente, de modo que la comparación directa no es completamente homogénea. La cinemática ha escalado; la economía energética, todavía no.
Tampoco estamos ante un producto comercial ni ante un vehículo submarino listo para operar solo durante horas. El estudio valida una arquitectura mecánica y la lleva fuera del laboratorio, pero quedan por resolver autonomía eléctrica, estanqueidad a largo plazo, navegación, comunicaciones y capacidad sensorial. Su valor está en reducir el trabajo necesario para construir una familia de robots acuáticos: una base común que pueda adaptarse al tamaño del entorno antes de añadir la inteligencia y la instrumentación de una misión real.