Propulsión y dirección de un microrrobot tipo flagelo flexible utilizando la analogía del cohete. Simulación en COMSOL Multiphysics

Abstract

Los microrrobots tienen el potencial de revolucionar la medicina. Por el momento se encuentran muchas limitaciones, entre las que destacan la fabricación, el suministro de energía y la propulsión. En este trabajo se utiliza la simulaci´on computacional para realizar un estudio sobre la propulsión de un microrrobot tipo flagelo flexible teniendo en cuenta estas limitaciones haciendo una analogía con la propulsión de un cohete. Utilizando COMSOL Multiphysics se ha simulado un microrrobot autónomo con flagelo flexible impulsado por reacciones químicas, que han sido emuladas con la aplicación de distintas fuerzas aplicadas en la cabeza. Los resultados obtenidos permiten concluir que el microrrobot es propulsado tanto por las fuerzas aplicadas, como por el movimiento generado por el flagelo. Además, el flagelo realiza una función de estabilización del microrrobot.

Diseño, fabricación y control de un prototipo de robot autónomo con flagelo

“…Como diferencia fundamental, las fuerzas que generaban el movimiento en las simulaciones, en el prototipo, son generadas por la rotación de dos hélices. En las simulaciones (Mancha Sánchez et al, 2021) se observó que la aplicación de fuerzas a los lados del microrrobot generaba un cabeceo, que en ausencia de flagelo provocaba un movimiento de deriva, y que con la presencia del flagelo, este movimiento se amortiguaba. Además del amortiguamiento, el flagelo generaba un impulso adicional, mejorando así la eficiencia del movimiento.…”

“…Llegado un punto, el movimiento se descontrola y choca contra la pared de la piscina. Este comportamiento es el mismo que el observado en las simulaciones realizadas en Mancha Sánchez et al (2021), donde sin flagelo el movimiento se descontrolaba rápidamente. Por otro lado, se examinó el comportamiento del prototipo con el flagelo.…”

“…En trabajos previos se realizaron simulaciones computacionales de un microrrobot propulsado mediante fuerzas alternas que simulaban reacciones químicas compuesto por una cabeza tipo elipsoide y un flagelo (Mancha Sánchez et al, 2021). Posteriormente, en Mancha- Sánchez et al (2022) se realizó un modelado matemático simplificado del microrrobot sustituyendo el flagelo por una fuerza resistiva y se diseñó un controlador PI para controlar la velocidad.…”