Un equipo de ingenieros aeroespaciales de Corea del Sur ha desarrollado una revolucionaria rueda flexible sin aire que puede cambiar de tamaño y resistir condiciones extremas, incluyendo caídas desde más de 4 metros de altura y travesías a través del fuego.
Un diseño innovador para la exploración lunar
Enviar un rover al espacio para explorar otros cuerpos celestes conlleva una serie vertiginosa de desafíos, y uno de los más complejos es garantizar que el vehículo no se averíe durante la misión. Para abordar este problema, investigadores del Aerospace Robotics & Mechanisms Laboratory de la universidad KAIST en Corea del Sur han diseñado esta innovadora solución.
Los investigadores creen que esta tecnología podría ser especialmente útil para vehículos de exploración lunar que deben atravesar terrenos arenosos y rocosos desiguales para encontrar sitios de interés, así como pozos lunares. Estos últimos se refieren a áreas en la Luna que pueden proteger a los astronautas de la radiación y las variaciones extremas de temperatura en la superficie, desde 127°C durante el día hasta -173°C durante la noche.
Configuración helicoidal inspirada en los puentes de Da Vinci
La rueda utiliza tiras de acero elástico dispuestas en un patrón helicoidal cruzado tejido, adecuado para soportar cargas. Este diseño es similar al principio de la estructura autoportante de un puente de Da Vinci, por lo que las tiras se soportan mutuamente sin necesidad de adhesivos o componentes de unión adicionales.
El cubo de la rueda conecta dos lados que pueden girar en direcciones opuestas, permitiendo que el diseño actual se expanda radialmente desde un diámetro compacto de 23 cm hasta 50 cm sin necesidad de bisagras.
«A diferencia de las estructuras de forma variable anteriores que dependen de articulaciones mecánicas giratorias o materiales blandos como tejidos y elastómeros, nuestro diseño utiliza deformación continua impulsada por un mecanismo de enrollamiento», explicó el investigador principal Seong-Bin Lee. «Esta flexibilidad en la selección de materiales permite que la estructura se personalice para satisfacer las demandas de varios entornos de misión extrema».
Materiales resistentes y versatiles
Curiosamente, este prototipo de rueda utiliza el mismo acero al carbono SK5 tratado térmicamente que se encuentra en las cintas métricas comerciales.
La configuración de tiras helicoidales permite que la carga de la rueda se distribuya por todo el cuerpo de la rueda. Esto crea un comportamiento anisotrópico donde la rueda requiere energía mínima para enrollarse para almacenamiento pero resiste la deformación bajo cargas verticales. También permite que la rueda absorba eficazmente los impactos, mitigando el daño del terreno irregular durante la conducción, caídas y descensos verticales.
Pruebas exhaustivas de resistencia
El equipo probó este diseño de rueda instalando dos de los prototipos en un rover ficticio y sometiendo el vehículo a pruebas rigurosas en un entorno exterior que simulaba suelo lunar con grandes obstáculos. No solo logró atravesar el área con éxito, sino que también superó un obstáculo escalonado empinado con una inclinación de 34 grados, sobrevivió a grandes caídas desde varios metros de altura y continuó funcionando después de conducir a través del fuego.
Una respuesta a problemas reales de exploración espacial
Los avances en el diseño de componentes como este son importantes porque una falla en las ruedas literalmente detendría una misión de exploración extraterrestre. Los rovers están sujetos a todo tipo de daños por impacto y condiciones abrasivas, y no hay formas de reparar rovers de forma remota.
Los requisitos de durabilidad moldean fundamentalmente el diseño de rovers, y es por eso que la selección de materiales es una de las decisiones de ingeniería más críticas en la exploración espacial.
En septiembre pasado, una imagen del rover Curiosity de NASA en Marte (que aterrizó allí en 2012) reveló que sus ruedas habían sufrido daños significativos al atravesar el paisaje accidentado del Planeta Rojo. Las diversas abolladuras y perforaciones, afortunadamente, no impidieron su operación a lo largo de los años, pero bien podrían haberlo hecho. Los rovers pueden pesar mucho (Curiosity pesaba una tonelada) y eso puede hacer aún más desafiante resistir el desgaste durante misiones prolongadas.
Perspectivas futuras
El equipo espera que su diseño de rueda eventualmente pueda integrarse en sistemas de rover para futuras misiones de exploración. Gracias a la forma en que está configurado, podría presentar acero inoxidable como en este prototipo, materiales elásticos de alta resistencia, u otros metales diversos que sean adecuados para entornos espaciales.
