A lo largo de las riberas desarrolladas, Las barreras físicas pueden ayudar a contener las inundaciones y combatir la erosión. En regiones áridas, Las represas de control pueden ayudar a retener el suelo después de la lluvia y restaurar los paisajes dañados. En proyectos de construcción, las placas de metal pueden proporcionar apoyo para excavaciones, muros de contención en pendientes, o cimentaciones permanentes. Todas estas aplicaciones se pueden abordar con el uso de tablestacas, elementos plegados de material plano y clavados verticalmente en el suelo para formar paredes y estabilizar el suelo. La estabilización adecuada del suelo es clave para la gestión sostenible de la tierra en industrias como la construcción, minería, y agricultura; y degradación de la tierra, la pérdida de servicios ecosistémicos de un terreno determinado, es un impulsor del cambio climático y se estima que cuesta hasta $ 10 billones anuales.

Con esta motivación, Un equipo de roboticistas del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspirada de Harvard ha desarrollado un robot que puede conducir de forma autónoma pilotes de chapa de acero entrelazados en el suelo. Las estructuras que construye podrían funcionar como muros de contención o controlar las presas para controlar la erosión. El estudio se presentará en la próxima Conferencia Internacional IEEE de Robótica y Automatización de 2019.

Los procesos de hincado de tablestacas convencionales consumen mucha energía. Solo una fracción del peso de la maquinaria pesada típica se utiliza para aplicar fuerza hacia abajo. El robot "Romu" del equipo de Wyss, por otra parte, es capaz de apalancar su propio peso para clavar tablestacas en el suelo. Esto es posible gracias a que cada una de sus cuatro ruedas está acoplada a un actuador lineal separado, lo que también le permite adaptarse a terrenos irregulares y garantizar que los pilotes se hincan verticalmente. Desde una posición elevada, Romu agarra una tablestaca y luego baja su chasis, presionando la pila en el suelo con la ayuda de un martillo vibratorio a bordo. Al agarrar la pila de nuevo en una posición más alta y repetir este proceso, el robot puede conducir una pila mucho más alta que su propio rango de movimiento vertical. Después de hincar un pilote a suficiente profundidad, Romu avanza e instala la siguiente pila de modo que entrelaza con la anterior, formando así una pared continua. Una vez que haya usado todas las pilas que lleva, puede volver a un almacén de suministros para reabastecerse.

El estudio surgió de trabajos previos en el Instituto Wyss sobre equipos o enjambres de robots para aplicaciones de construcción. En un trabajo inspirado en las termitas que construyen montículos, Radhika Nagpal, miembro de la facultad principal, y el científico investigador principal Justin Werfel diseñaron un equipo de construcción robótica autónomo llamado TERMES, cuyos miembros trabajaron juntos para construir estructuras complejas a partir de ladrillos especializados. El trabajo adicional de Werfel y el investigador Nathan Melenbrink exploró robots trepadores de puntales capaces de construir estructuras de celosía en voladizo, abordar aplicaciones como puentes. Sin embargo, ninguno de estos estudios abordó el desafío de anclar estructuras al suelo. El proyecto Romu comenzó como una exploración de métodos para la preparación automatizada del sitio y la instalación de cimientos para los sistemas anteriores sobre los que construir; a medida que se desarrolló, el equipo determinó que tales intervenciones también podrían ser directamente aplicables a las tareas de restauración de tierras en entornos remotos.

"Además de las pruebas en el laboratorio, demostramos a Romu operando en una playa cercana, ", dijo Melenbrink." Este tipo de demostración puede ser un rompehielos para una conversación más amplia sobre las oportunidades de automatización en la construcción y la gestión de la tierra. Estamos interesados ​​en colaborar con expertos en campos relacionados que puedan ver un beneficio potencial para el tipo de intervenciones automatizadas que estamos desarrollando ".

Los investigadores visualizan un gran número de robots Romu trabajando juntos como un colectivo o enjambre. Demostraron en simulaciones por computadora que los equipos de robots Romu podían hacer uso de señales ambientales como la inclinación de la pendiente para construir muros en ubicaciones efectivas. haciendo un uso eficiente de los recursos limitados. "El enfoque de enjambre ofrece ventajas como la aceleración a través del paralelismo, robustez ante la pérdida de robots individuales, y escalabilidad para equipos grandes, ", dijo Werfel." Al responder en tiempo real a las condiciones que realmente encuentran mientras trabajan, los robots pueden adaptarse a situaciones inesperadas o cambiantes, sin necesidad de depender de una gran cantidad de infraestructura de soporte para capacidades como la topografía del sitio, comunicación, o localización ".

"El nombre Terramanus ferromurus (Romu) es un guiño al concepto de 'ecología de máquinas' en el que los sistemas autónomos pueden introducirse en entornos naturales como nuevos participantes, tomar acciones específicas para complementar y promover la gestión ambiental humana, ", dijo Melenbrink. En el futuro, el "género" Terramanus podría ampliarse con robots adicionales que lleven a cabo diferentes tareas para proteger o restaurar los servicios de los ecosistemas. Según sus hallazgos, El equipo ahora está interesado en investigar intervenciones que van desde estructuras de retención de agua subterránea para apoyar la agricultura en regiones áridas, a la construcción de barreras contra inundaciones sensibles para la preparación para huracanes. Las versiones futuras del robot podrían realizar otras intervenciones, como rociar agentes aglutinantes del suelo o instalar cercas de limo, de modo que una familia de estos robots podría actuar para estabilizar el suelo en una amplia gama de situaciones.

En muchos escenarios para la protección o restauración del medio ambiente, la oportunidad de acción está limitada por la disponibilidad de mano de obra y por el acceso al sitio de maquinaria pesada. Menor, máquinas de construcción más versátiles podrían proporcionar una solución. "Claramente, las necesidades de muchos paisajes degradados no se satisfacen con las herramientas y técnicas disponibles actualmente, "dijo Melenbrink." Ahora, 100 years after the dawn of the heavy equipment age, we're asking whether there might be more resilient and responsive ways to approach land management and restoration."

"This sheet pile driving robot with its demonstrated ability to perform in a natural setting signals a path on which the Wyss Institute's robotics and swarm robotics capabilities can be brought to bear on both natural and man-made environments where conventional machinery, man power limitations, or cost is inadequate to prevent often disastrous consequences. This robot also could address disaster situations where walling off dangerous chemical spills or released radioactive fluids makes it difficult or impossible for humans to intervene, "dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, M.D., Doctor., quien también es el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en HMS y el Programa de Biología Vascular en el Boston Children's Hospital, así como Profesor de Bioingeniería en SEAS.