page_id: prj_surferbot layout: page title: Locomoción interfacial description: Locomoción interfacial img: assets/img/surferbot.gif importance: 1 category: work related_publications: true
Imagina un robot del tamaño de un clip, deslizándose sobre la superficie del agua—no remando o a propulsión, sino vibrando. Este es el SurferBot, una máquina minimalista que aprovecha el poder de las olas para moverse. El reciente trabajo de nuestro laboratorio cite Rhee_2022, introdujo este elegante modo de locomoción y explora cómo sistemas tan simples pueden enseñarnos sobre propulsión, eficiencia y la dinámica oculta en las interfaces de fluidos.
En el límite entre el aire y el agua, la tensión superficial y la dinámica de las olas dominan. Criaturas como los zapateros y hasta las abejas atrapadas en el agua explotan estas fuerzas para moverse. Inspirados por estos fenómenos naturales, los investigadores desarrollaron el SurferBot—un pequeño robot vibratorio que se mueve generando olas asimétricas en la superficie del agua. Estas olas empujan al robot hacia adelante, alcanzando velocidades de aproximadamente 1 cm/s, todo sin métodos de propulsión tradicionales.
El movimiento del SurferBot surge de un desequilibrio en el momento de las olas. Cuando vibra, crea olas que se irradian hacia afuera. Si estas olas son asimétricas—más fuertes en una dirección—imparten una fuerza neta, propulsando el robot hacia adelante. Este mecanismo es similar a cómo una abeja, agitando sus alas mientras está atrapada en el agua, puede generar movimiento a través de interacciones de ondas.
Para entender esto, modelamos el SurferBot como un cuerpo flotante que experimenta pequeñas oscilaciones. Al acoplar su movimiento a un modelo de flujo cuasi-potencial del fluido circundante, derivamos expresiones para su velocidad de deriva y empuje. Nuestro modelo se alinea con las observaciones experimentales, confirmando que la radiación asimétrica de ondas es clave para la propulsión.
La eficiencia en la propulsión impulsada por olas depende de factores como la frecuencia de vibración y la ubicación del motor vibratorio. Nuestro análisis reveló que existe una frecuencia óptima y una posición del motor que maximizan la eficiencia de la propulsión. Para el SurferBot, una frecuencia óptima de alrededor de 16 Hz y una colocación del motor ligeramente detrás del centro produjo el mejor rendimiento. Estos hallazgos esperan validación experimental, pero ofrecen una hoja de ruta para diseñar robots interfaciales más eficientes.
La comprensión de la propulsión impulsada por olas tiene aplicaciones más allá de los robots diminutos. Puede informar el diseño de embarcaciones eficientes energéticamente, ofrecer información sobre la locomoción biológica en las interfaces de fluidos e inspirar herramientas educativas en física e ingeniería. La simplicidad del SurferBot lo convierte en un excelente modelo para explorar la dinámica de fluidos compleja de una manera tangible.
Para una inmersión más profunda en la teoría y las matemáticas detrás de la propulsión impulsada por olas, consulta el artículo cite Benham_Devauchelle_Thomson_2024 On wave-driven propulsion.