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En pocas palabras, las hélices y las ruedas funcionan de la siguiente manera: convierten el movimiento de rotación en empuje, lo que genera una diferencia de presión entre las superficies delantera y trasera, que da lugar al movimiento. Las hélices son el diseño preferido para moverse por el aire y el agua, y las ruedas para moverse por la tierra. Al menos, para nosotros los humanos. Pero este no es el caso en la naturaleza. ¿Cuántos organismos se le ocurren que vuelen o naden utilizando una hélice, o que se muevan sobre ruedas? Es cierto que hay algunos organismos que utilizan el movimiento de rotación para desplazarse, como las bacterias con sus flagelos, o las arañas de rueda de Namibia, que doblan sus patas para adoptar la forma de una rueda para escapar de los depredadores. Pero las hélices y las ruedas no son, ni mucho menos, un diseño popular para moverse por el aire, el agua y la tierra en el mundo natural. ¿Por qué es así?
Hay una serie de limitaciones que impiden la evolución de las hélices en el mundo natural. La evolución mediante el proceso de selección natural significa que los cambios genéticos que mejoran la capacidad de un organismo para transmitir sus genes, conocidos como fitness, se propagan dentro de las poblaciones. Aunque tanto los cambios genéticos neutros como los perjudiciales pueden propagarse en una población en algunas circunstancias, los grandes cambios que requieren múltiples pasos sólo tienden a propagarse en una población si las etapas intermedias también aumentan la aptitud de forma incremental. Imagínese cómo pueden ser las etapas intermedias en la producción de una hélice; es poco probable que beneficien a un organismo. Por lo tanto, un organismo no puede obtener los beneficios potenciales de la evolución de una hélice completa porque debe pasar primero por una etapa en la que está en desventaja y es menos apto en comparación con los individuos sin hélice intermedia. Piénsalo como un paisaje. Un organismo no puede pasar del Pico A (sin hélice) al Pico B (con hélice) sin descender primero por un valle; por tanto, las fuerzas de la selección natural empujan a la población hacia el Pico A (sin hélice). Esto hace que las hélices y las ruedas sean extremadamente difíciles de evolucionar.
Más puertas o ruedas de origen
Los robots con ruedas son robots que se desplazan por el suelo utilizando ruedas motorizadas para impulsarse. Este diseño es más sencillo que el uso de bandas de rodadura o patas y, al utilizar ruedas, son más fáciles de diseñar, construir y programar para moverse en terrenos planos y no tan accidentados. También se controlan mejor que otros tipos de robots. Las desventajas de los robots con ruedas son que no pueden desplazarse bien por obstáculos, como terrenos rocosos, descensos pronunciados o zonas con poca fricción. Los robots con ruedas son los más populares entre el mercado de consumo, ya que su dirección diferencial proporciona un bajo coste y simplicidad. Los robots pueden tener cualquier número de ruedas, pero tres son suficientes para el equilibrio estático y dinámico. Las ruedas adicionales pueden aumentar el equilibrio; sin embargo, se necesitarán mecanismos adicionales para mantener todas las ruedas en el suelo, cuando el terreno no es plano.
La mayoría de los robots con ruedas utilizan la dirección diferencial, que emplea ruedas accionadas por separado para el movimiento. Pueden cambiar de dirección girando cada rueda a una velocidad diferente. Puede haber ruedas adicionales que no son accionadas por un motor, estas ruedas adicionales ayudan a mantener el equilibrio.
Cuántas ruedas existen en el mundo
“Si los desarrolladores de vehículos descubren que un determinado diseño requeriría más potencia de la que es posible en la actualidad teniendo en cuenta una serie de limitaciones del mundo real, la nueva fórmula podría señalar las necesidades específicas de mejorar la transmisión y la generación de energía, o replantear los requisitos de masa y velocidad del vehículo”, afirma Gart.
Inspirándose en una fórmula de los años 80 que muestra las relaciones entre la masa, la velocidad y el gasto de energía de los animales, el equipo desarrolló una nueva fórmula que se aplicaba a una gama muy amplia de sistemas con patas, ruedas y orugas, como los vehículos de motor y los robots terrestres.
Aunque muchos de los datos están disponibles desde hace 30 años, este equipo cree que es el primero en reunirlos y estudiar las relaciones que surgen de estos datos. Sus conclusiones demuestran que los sistemas con patas son tan eficaces como las plataformas con ruedas y orugas.
“En el mundo de los vehículos aéreos de combate no tripulados y de las municiones inteligentes, cada vez es mayor el papel de la infantería desmontada que puede avanzar, a menudo durante varios días, y atacar en los terrenos más abigarrados, como las montañas, los bosques densos y los entornos urbanos”, afirma Kott, que es el científico jefe del laboratorio. “Esto se debe a que este tipo de terreno proporciona la mayor cobertura y ocultación contra los vehículos aéreos no tripulados. Eso, a su vez, exige que la infantería desmontada sea asistida por vehículos capaces de moverse con facilidad en un terreno tan quebrado. Los vehículos con patas -posiblemente autónomos- serían muy útiles”.
¿Hay más puertas o ruedas en el mundo?
Hay dos formas en que las cosas naturales y las hechas por el hombre pueden utilizar la rotación para desplazarse. Una de ellas es que toda la cosa ruede. La otra forma es que una parte de la cosa gire mientras el resto no lo hace, como una rueda o una hélice. Algunos seres vivos se desplazan rodando, pero ninguno parece utilizar ruedas. Los biólogos han escrito sobre las razones de esto[1][2] Los escritores de ciencia ficción y fantasía han inventado muchos animales con ruedas[3][4].
Puede parecer extraño, pues, que las ruedas no hayan evolucionado nunca en la naturaleza, pero hay dos razones para ello. En primer lugar, hay límites naturales a los tipos de cosas que pueden existir en la naturaleza. Los seres vivos cambian lentamente a lo largo del tiempo, un proceso llamado evolución por selección natural. Este proceso puede crear muchas respuestas diferentes a un problema, pero no siempre puede crear todas las respuestas que se puedan imaginar. Además, la forma en que los nuevos seres vivos se construyen a sí mismos (un proceso llamado biología del desarrollo) no siempre puede crear todos los tipos de piezas que pueden imaginarse. En segundo lugar, las ruedas son a veces menos útiles que otras formas de desplazarse, como caminar, correr o deslizarse como una serpiente[5]. Por la misma razón, algunos grupos de personas han renunciado en el pasado a utilizar las ruedas por completo[6].
