Un robot inspirado en Cheerios que libera alcohol como combustible con un tinte fluorescente
Jackson K. Wilt et al. 2024
Los mismos fenómenos que permiten que los escarabajos floten en los estanques y provocan que los Cheerios se agrupen juntos en su tazón de cereal se pueden aprovechar para hacer pequeños robots flotantes.
Uno de estos, el efecto marangonisurge cuando un fluido con una tensión superficial más baja se extiende rápidamente a través de la superficie de un fluido con una tensión superficial más alta. Este efecto es aprovechado por esteno escarabajos, que han evolucionado para cruzar estanques segregando una sustancia llamada estenusina, así como barcos de juguete impulsados por jabón.
Para investigar cómo los ingenieros podrían utilizar esto, Jackson Wilt en la Universidad de Harvard y sus colegas impreso en 3D Discos redondos de plástico de aproximadamente un centímetro de diámetro. Dentro de cada uno había una cámara de aire para la flotabilidad y un pequeño tanque de combustible que contenía alcohol, que tiene una tensión superficial más baja que el agua, en concentraciones del 10 al 50 por ciento. El alcohol se escapa gradualmente del disco, impulsándolo por la superficie del agua.
El equipo utilizó alcohol como combustible porque se evapora, a diferencia del jabón, que acaba contaminando el agua y estropeando el efecto Marangoni. Resultó que cuanto más fuerte sea el alcohol, mejor será el resultado. “La cerveza sería bastante mala”, dice Wilt. “El vodka es probablemente lo mejor que puedes usar. Absenta… tendrías mucha propulsión”. A velocidades máximas, los robots se movían a 6 centímetros por segundo, y en algunos experimentos los discos se impulsaban durante hasta 500 segundos.
Al imprimir discos con más de una salida de combustible y unirlos, los investigadores también pudieron crear dispositivos más grandes que trazaban amplias curvas o giraban en el acto. El uso de varios discos también permitió a los investigadores investigar el “efecto Cheerios”, que ocurre cuando el cereal u otros objetos flotantes similares se agrupan. Esto ocurre porque forman un menisco o superficie curva en el líquido y estas superficies se atraen entre sí.
Wilt dice que los dispositivos impresos en 3D podrían ser útiles en educación para ayudar a los estudiantes a comprender intuitivamente conceptos relacionados con la tensión superficial, pero también podrían tener aplicaciones en procesos ambientales o industriales si se diseñan cuidadosamente para crear un comportamiento más complejo y elegante.
Por ejemplo, si hubiera una sustancia que deba dispersarse en un entorno que también pudiera servir como combustible adecuado, los robots podrían esparcirla automáticamente. “Digamos que tiene un cuerpo de agua donde necesita liberar alguna sustancia química y desea distribuirla de manera más uniforme, o tiene algún proceso químico en el que necesita depositar el material con el tiempo”, dice Wilt. “Siento que hay un comportamiento realmente interesante aquí”.
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