Por Canuto  

Un robot inspirado en el pez cebra larvario demostró que alternar breves impulsos de cola con fases de planeo reduce el consumo energético en distintos fluidos, aunque limita la velocidad máxima. El hallazgo apunta a una estrategia de control para robots submarinos más ligeros, autónomos y duraderos.
***

  • El robot ZBot fue desarrollado por equipos de EPFL y la Universidad de Duke; el estudio también involucró al Instituto Superior Técnico, según la cobertura disponible.
  • La natación intermitente consumió menos energía que el batido continuo en todos los rangos de velocidad evaluados.
  • La estrategia mantuvo ventajas energéticas en distintos fluidos, pero redujo la velocidad máxima a cerca de 60% de la modalidad continua.

Un equipo internacional de investigadores desarrolló un robot inspirado en el pez cebra larvario para estudiar cómo la natación intermitente puede reducir el consumo energético. El sistema, denominado ZBot, alterna breves fases de ondulación activa de la cola con períodos de planeo pasivo, una estrategia observada en peces y otros organismos acuáticos. Los experimentos indicaron que este patrón consumió menos energía que el batido continuo en todas las velocidades alcanzables, aunque sacrificó parte de la rapidez máxima.

El trabajo fue realizado por investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) y la Universidad de Duke. La cobertura del proyecto también identifica la participación del Instituto Superior Técnico, en Portugal. Una publicación de Robohub fechada el 17 de agosto de 2026 y firmada por Xiangxiao Liu, Eva Aimable Naumann y Auke Ijspeert presentó los resultados sobre la eficiencia de la natación intermitente.

Un pez cebra robótico a gran escala

ZBot mide 80 centímetros de longitud corporal y pesa 2,8 kilogramos, dimensiones que representan una ampliación de 200 veces respecto de un pez cebra larvario. Su diseño reproduce la estructura segmentada del cuerpo y la distribución del centro de masa del animal, mientras una cola flexible de seis segmentos impulsados por servomotores imita la ondulación natural utilizada para generar propulsión.

La cabeza concentra los componentes centrales del sistema, entre ellos un controlador que funciona como sistema nervioso artificial, cámaras de alta precisión y medidores de potencia en tiempo real. Además, el robot incorpora interfaces de sensores ampliables, una arquitectura que permite utilizarlo en experimentos de procesamiento visomotor y en investigaciones relacionadas con el sistema vestibular.

La plataforma no se limitó a reproducir un movimiento preprogramado, porque también permitió examinar la relación entre señales neuronales, movimiento y gasto energético. Al emplear un cuerpo físico con sensores y actuadores, los investigadores pudieron evaluar cómo una estrategia de control modifica el desempeño mecánico y la demanda eléctrica del robot.

El grupo también utilizó una simulación digital gemela llamada simZFish para comparar el comportamiento del modelo virtual con el de ZBot. Tanto la plataforma física como la simulación reprodujeron respuestas optomotoras guiadas visualmente, en las que una entrada retiniana se transforma en una salida motora, de acuerdo con el marco neurocomputacional desarrollado para el estudio.

El mecanismo neuronal detrás de las pausas

El modelo construido por los equipos de EPFL y Duke se concentró en circuitos neuronales asociados con la locomoción del pez cebra. Entre sus elementos figuran los generadores centrales de patrones, conocidos como CPG, que producen señales rítmicas continuas para iniciar las oscilaciones básicas de la natación, y una compuerta de brazada que determina cuándo activar el movimiento de la cola.

La compuerta funciona como una unidad de conmutación central: acumula las señales de entrada mediante un integrador con fuga y activa la ondulación impulsada por los CPG únicamente cuando alcanza un umbral fijo. De esa manera, el sistema produce el ciclo natural de brazada activa seguida de planeo pasivo, en lugar de mantener una propulsión continua durante todo el trayecto.

El modelo también incluyó neuronas de proyección ventral de la médula espinal, conocidas como vSPN, para ajustar el ángulo de desviación de la cola. Ese componente permite maniobrar con flexibilidad y ayuda a explicar cómo un animal pequeño puede combinar ahorro de energía con giros y cambios de dirección relativamente precisos.

Al modificar parámetros como la frecuencia de oscilación, la amplitud de la cola y el umbral de la compuerta, ZBot reprodujo varios comportamientos del pez cebra larvario. Entre ellos estuvieron los nados lentos en línea recta, los giros rutinarios y los giros en J, lo que permitió estudiar la eficiencia energética sin separar por completo la propulsión de la capacidad de maniobra.

La viscosidad cambió la distancia, no tanto los giros

Para evaluar si las ventajas de la natación intermitente dependían del entorno, el equipo probó ZBot en líquidos con distintas viscosidades. El número de Reynolds permitió comparar la importancia relativa de las fuerzas inerciales y viscosas: valores bajos reflejan una influencia mayor de la viscosidad, mientras que valores altos corresponden a movimientos dominados por la inercia.

En agua normal, con una viscosidad de 1 centipoise, ZBot operó en un rango de número de Reynolds entre 64.000 y 160.000. Los investigadores también utilizaron un líquido moderadamente viscoso de 213,9 centipoises, comparable al jarabe para cobertura de frutas, y otro altamente viscoso de 457,0 centipoises, semejante al aceite cosmético de limpieza.

El aumento de la viscosidad redujo de forma marcada la distancia recorrida por el robot. En el fluido altamente viscoso, con un rango aproximado de número de Reynolds entre 1,0 y 87,5, el desplazamiento llegó a representar apenas una trigésima parte del observado en agua normal, una diferencia que muestra el peso de la resistencia viscosa sobre la locomoción.

Sin embargo, la capacidad de giro se mantuvo relativamente estable frente al cambio de fluido. El ángulo por brazada fue de aproximadamente 60 grados en agua normal y permaneció cerca de 45 grados en el líquido altamente viscoso, lo que sugiere que la estrategia intermitente conserva una utilidad importante para maniobrar incluso cuando avanzar se vuelve mucho más difícil.

El actuador explica buena parte del ahorro

La explicación tradicional del ahorro energético sostiene que la postura recta de la cola durante el planeo reduce la resistencia y mejora la transferencia de energía desde el movimiento de la cola hacia el desplazamiento del cuerpo. El estudio no descartó esa posibilidad, pero propuso una hipótesis adicional centrada en la eficiencia del actuador, es decir, en la manera en que los motores convierten electricidad en movimiento.

Tanto los servomotores como los músculos biológicos suelen presentar una curva de eficiencia con forma de U invertida. Esto significa que la conversión energética alcanza su mejor nivel bajo cargas moderadas, mientras que una carga demasiado baja o demasiado alta puede desperdiciar una mayor proporción de la energía disponible durante la operación.

A velocidades de natación bajas, el batido continuo puede mantener los actuadores en estados de baja carga durante períodos prolongados. Según la interpretación planteada por los investigadores, esa condición resulta ineficiente porque el robot continúa consumiendo energía aunque sus motores no trabajen dentro de la zona de rendimiento más favorable.

El ciclo de brazada y planeo modifica esa dinámica al concentrar el esfuerzo en impulsos breves y reducir la operación durante el desplazamiento pasivo. La fase activa mantiene los motores dentro de un rango de carga más eficiente, mientras el planeo evita que sigan funcionando de manera innecesaria, con un efecto acumulado sobre el consumo total.

Autonomía a cambio de velocidad

Los experimentos confirmaron que la natación intermitente redujo el consumo de energía frente al movimiento continuo en todos los rangos de velocidad que ZBot pudo alcanzar. La ventaja apareció tanto en regímenes con números de Reynolds altos como en entornos de mayor influencia viscosa, por lo que no se limitó a una única escala de tamaño o condición hidrodinámica.

El intercambio principal fue la velocidad máxima, ya que el ciclo de brazada y planeo restringió el impulso sostenido. El robot alcanzó aproximadamente 60% de la velocidad máxima conseguida mediante el batido continuo de la cola, una limitación relevante para misiones que requieran persecuciones, escapes o desplazamientos rápidos.

El resultado plantea una arquitectura de control con dos modos complementarios para futuros robots submarinos. Durante el crucero a baja o media velocidad, el sistema podría adoptar la natación intermitente para mejorar la autonomía y reducir la carga de la batería, mientras que la propulsión continua quedaría reservada para maniobras de emergencia o trayectos de alta velocidad. Esta es una aplicación potencial, no una capacidad demostrada en una misión operativa.

La aplicación potencial no se reduce a extender el tiempo de operación, porque un menor consumo también puede permitir baterías más pequeñas y estructuras más ligeras. En sistemas autónomos, esa reducción de peso podría facilitar diseños más flexibles y duraderos, aunque cualquier implementación práctica tendría que equilibrar eficiencia, velocidad, control y las características específicas del entorno.

Causas de movimientos recientes

En este caso no se trata de un movimiento de mercado. El resultado descrito se explica por los experimentos de locomoción de ZBot y por la hipótesis sobre la eficiencia de sus actuadores, no por un catalizador financiero.

Una conexión entre biología y robótica

Para la investigación biológica, ZBot ofrece una herramienta destinada a estudiar de forma mecanicista la relación entre circuitos neuronales, movimiento y energía. En lugar de limitarse a observar correlaciones en animales, los investigadores pueden modificar componentes del controlador y comprobar cómo esos cambios afectan directamente la locomoción y el desempeño energético.

Para la ingeniería robótica, el estudio proporciona una estrategia de control inspirada en una conducta observada en organismos acuáticos. El pez cebra larvario y otros animales presentan variantes de la natación intermitente, aunque cada especie se mueve en escalas y regímenes de fluido diferentes.

Los autores plantean que los robots submarinos podrían cambiar de forma adaptativa entre distintos modos de andar según la demanda de la misión. La combinación de planeo eficiente para el desplazamiento sostenido y batido continuo para las respuestas rápidas permitiría diseñar plataformas que no tengan que elegir permanentemente entre autonomía y velocidad.

Xiangxiao Liu es experto senior en China Huadian y anteriormente completó un doctorado en la Universidad de Osaka antes de realizar investigación en EPFL. Eva Aimable Naumann es profesora asistente de Neurobiología en la Universidad de Duke, con nombramientos secundarios en Ingeniería Biomédica, Biología Celular y Molecular, y Psicología y Neurociencia, mientras Auke Ijspeert es profesor titular de EPFL, jefe del Laboratorio de Biorrobótica y miembro del IEEE.

El estudio no convierte automáticamente a ZBot en una solución lista para cualquier operación submarina, pero sí identifica una regla de diseño concreta: impulsar con intensidad durante intervalos breves y dejar que el cuerpo avance cuando la dinámica del fluido lo permita. Esa idea, respaldada por pruebas en líquidos con viscosidades muy distintas, abre una vía para robots más eficientes sin abandonar la capacidad de maniobra.

Imagen original de DiarioBitcoin, creada con inteligencia artificial, de uso libre, licenciada bajo Dominio Público.

Este artículo fue escrito por un redactor de contenido de IA y revisado por un editor humano para garantizar calidad y precisión.


ADVERTENCIA: DiarioBitcoin ofrece contenido informativo y educativo sobre diversos temas, incluyendo criptomonedas, IA, tecnología y regulaciones. No brindamos asesoramiento financiero. Las inversiones en criptoactivos son de alto riesgo y pueden no ser adecuadas para todos. Investigue, consulte a un experto y verifique la legislación aplicable antes de invertir. Podría perder todo su capital.

Suscríbete a nuestro boletín

Artículos Relacionados