Moverse dentro de medios granulares como la arena es un truco que ocurre no solo en las películas de ciencia ficción. El lagarto pez de arena, que vive en el desierto, también puede realizar esta tarea. Con el fin de hacerlo, este lagarto se comporta como un pez y ondula su cuerpo para alcanzar una velocidad máxima de dos cuerpos por segundo.

Se ha demostrado que la propulsión de las lagartijas pez arena resulta del hecho de que la resistencia a la arena es mayor para un movimiento en una dirección perpendicular al cuerpo que para un movimiento en una dirección longitudinal. Esta propiedad se llama fricción anisotrópica.

Lejos de los desiertos y los medios granulares, otros organismos utilizan tales propiedades anisotrópicas de los medios para impulsarse. Este es el caso de los microorganismos en fluidos viscosos. Como en la arena sus cuerpos experimentan una resistencia por longitud corporal que es mayor para un movimiento perpendicular que para uno longitudinal. Esto explica por qué muchas bacterias ondulan sus colas para propulsarse en fluidos viscosos como el pez de arena en la arena.

Sin embargo, batir la cola no es el único modo de locomoción empleado por las bacterias para moverse en un fluido viscoso. Por ejemplo, E. coli usa la rotación de una cola helicoidal para el mismo propósito.

Tal observación ha despertado la curiosidad de un equipo de investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Santiago en Chile. Francisco Melo, quien lidera el equipo, se preguntó:"¿La rotación helicoidal induce la propulsión en un medio granular como en un fluido viscoso?"

Para responder a la pregunta, Alejandro Ibarra, un doctorado estudiante involucrado en este proyecto, imaginó un experimento para estudiar el movimiento horizontal de una hélice que gira en un medio granular. Los investigadores colocaron una hélice en una piscina de granos y la conectaron a un motor externo mediante una pequeña varilla que atravesaba la pared de la piscina. El motor se colocó en una plataforma lineal para permitir su movimiento horizontal. Esta configuración permite la rotación de la hélice mientras libera su movimiento horizontal.

"Observamos que cuando la hélice estaba lo suficientemente profunda en el medio granular, su rotación condujo a un movimiento de propulsión a lo largo del eje horizontal, "dijo Baptiste Darbois Texier, investigador postdoctoral en el Departamento de Física.

Con esta configuración, los investigadores estudiaron la velocidad de la hélice en función de su velocidad de rotación, su profundidad en la piscina granular y la carga externa aplicada al sistema. Es más, fabricaron hélices de diferentes geometrías y las probaron en la piscina granular. En paralelo, desarrollaron un modelo teórico para describir la fricción anisotrópica experimentada por la hélice basándose en un coeficiente de fricción longitudinal y transversal. El modelo captura sus observaciones experimentales y predice el diseño óptimo de la hélice para propulsar en un medio granular.

Finalmente, el equipo desarrolló un robot de prueba de concepto basado en propulsión helicoidal que opera en material granular. La cabeza del robot contiene una pequeña batería y un minúsculo motor que asegura la rotación de la cola helicoidal. El diseño también incluye cuatro paletas para evitar la rotación de la cabeza en lugar de la cola. El robot demostró ser muy robusto al propulsar diferentes tipos de granos. Debido a que el accionamiento de este robot de arena se basa en un motor simple, es mucho más fácil de implementar que los que reproducen el movimiento ondulante de las lagartijas pez arena. Por lo tanto, este estudio allana el camino hacia un nuevo tipo de robot que opera en medios heterogéneos como arena o nieve seca.