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A principios de este año, un robot completó una media maratón en Beijing en poco menos de 2 horas y 40 minutos. Eso es más lento que el ganador humano, que registró poco más de una hora, pero sigue siendo una hazaña notable. Muchos corredores recreativos estarían orgullosos de ese momento. El robot mantuvo su ritmo durante más de 13 millas (21 kilómetros).
Pero no lo hizo con una sola carga. En el camino, el robot tuvo que detenerse y cambiar sus baterías tres veces. Ese detalle, aunque fácil de pasar por alto, dice mucho sobre un desafío más profundo en la robótica: la energía.
Los robots modernos pueden moverse con una agilidad increíble, imitando la locomoción de los animales y ejecutando tareas complejas con precisión mecánica. En muchos sentidos, rivalizan con la biología en coordinación y eficiencia. Pero cuando se trata de resistencia, los robots aún se quedan cortos. No se cansan del esfuerzo, simplemente se quedan sin energía.
Como investigador de robótica centrado en los sistemas de energía, estudio de cerca este desafío. ¿Cómo pueden los investigadores dar a los robots el poder de permanencia de las criaturas vivientes, y por qué seguimos tan lejos de ese objetivo? Aunque la mayoría de las investigaciones robóticas sobre el problema de la energía se han centrado en mejores baterías, hay otra posibilidad: construir robots que comen.
Los robots se mueven bien pero se quedan sin vapor
Los robots modernos son notablemente buenos para moverse. Gracias a décadas de investigación en biomecánica, control y actuación motora, máquinas como el lugar de Boston Dynamics y Atlas pueden caminar, correr y escalar con una agilidad que una vez parecía fuera de alcance. En algunos casos, sus motores son aún más eficientes que los músculos animales.
Pero la resistencia es otro asunto. Spot, por ejemplo, puede funcionar durante solo 90 minutos con una carga completa. Después de eso, necesita casi una hora para recargar. Estos tiempos de ejecución están muy lejos de los turnos de 8 a 12 horas que se esperan de los trabajadores humanos, o la resistencia de varios días de los perros de trineo.
El problema no es cómo se mueven los robots, así es como almacenan energía. La mayoría de los robots móviles de hoy usan baterías de iones de litio, el mismo tipo que se encuentra en los teléfonos inteligentes y los automóviles eléctricos. Estas baterías son confiables y ampliamente disponibles, pero su rendimiento mejora a un ritmo lento: cada año las nuevas baterías de iones de litio son aproximadamente un 7% mejores que la generación anterior. A ese ritmo, tomaría una década completa simplemente duplicar el tiempo de ejecución de un robot.
Los animales almacenan energía en grasa, que es extraordinariamente densa en energía: casi 9 kilovatios-hora por kilogramo. Eso es aproximadamente 68 kWh en un perro de trineo, similar a la energía en un Tesla Model 3 totalmente cargado. Las baterías de iones de litio, por el contrario, almacenan solo una fracción de eso, aproximadamente 0.25 kilovatios-horas por kilogramo. Incluso con motores altamente eficientes, un robot como Spot necesitaría una batería de veces más potentes que los de hoy para que coincidan con la resistencia de un perro de trineo.
Y la recarga no siempre es una opción. En zonas de desastre, campos remotos o en misiones de larga duración, una toma de corriente o una batería de repuesto no se puede ver en ningún lugar.
En algunos casos, los diseñadores de robots pueden agregar más baterías. Pero más baterías significan más peso, lo que aumenta la energía requerida para moverse. En robots altamente móviles, hay un cuidadoso equilibrio entre la carga útil, el rendimiento y la resistencia. Para Spot, por ejemplo, la batería ya representa el 16% de su peso.
Algunos robots han utilizado paneles solares, y en teoría estos podrían extender el tiempo de ejecución, especialmente para tareas de baja potencia o en entornos brillantes y soleados. Pero en la práctica, la energía solar ofrece muy poca energía en relación con lo que los robots móviles necesitan para caminar, correr o volar a velocidades prácticas. Es por eso que la cosecha de energía como paneles solares sigue siendo una solución de nicho hoy en día, más adecuada para robots estacionarios o de potencia ultra baja.
Por que importa
Estas no son solo limitaciones técnicas. Definen qué pueden hacer los robots.
Un robot de rescate con una batería de 45 minutos podría no durar lo suficiente como para completar una búsqueda. Un robot de granja que se detiene para recargar cada hora no puede cosechar cultivos a tiempo. Incluso en almacenes u hospitales, los tiempos de ejecución cortos agregan complejidad y costo.
Si los robots van a desempeñar papeles significativos en la sociedad ayudando a los ancianos, explorando entornos peligrosos y trabajando junto a los humanos, necesitan la resistencia para mantenerse activo durante horas, no minutos.
Las nuevas químicas de la batería, como el litio-sulfur y el aire de metal, ofrecen un camino más prometedor hacia adelante. Estos sistemas tienen densidades de energía teóricas mucho más altas que las células de iones de litio actual. Algunos niveles de enfoque observados en la grasa animal. Cuando se combinan con actuadores que convierten eficientemente la energía eléctrica de la batería en el trabajo mecánico, podrían permitir que los robots coincidan o incluso excedan la resistencia de los animales con baja grasa corporal.
Pero incluso estas baterías de próxima generación tienen limitaciones. Muchos son difíciles de recargar, degradar con el tiempo o enfrentar obstáculos de ingeniería en los sistemas del mundo real.
La carga rápida puede ayudar a reducir el tiempo de inactividad. Algunas baterías emergentes pueden recargarse en minutos en lugar de horas. Pero hay compensaciones. La carga rápida de la carga de la batería, aumenta el calor y a menudo requiere una infraestructura de carga pesada de alta potencia. Incluso con mejoras, un robot de carga rápida aún debe detenerse con frecuencia. En entornos sin acceso a la potencia de la red, esto no resuelve el problema central de la energía limitada a bordo. Es por eso que los investigadores están explorando alternativas como los robots de “reabastecimiento de combustible” con metal o combustibles químicos, al igual que los animales comen, para evitar los límites de la carga eléctrica por completo.
Una alternativa: metabolismo robótico
En la naturaleza, los animales no se recargan, comen. Los alimentos se convierten en energía a través de la digestión, la circulación y la respiración. La grasa almacena que la energía, la sangre la mueve y los músculos lo usan. Los robots futuros podrían seguir un plan similar con metabolismos sintéticos.
Algunos investigadores están construyendo sistemas que permiten a los robots “digerir” los combustibles metálicos o químicos y respirar oxígeno. Por ejemplo, los reactores químicos sintéticos y similares al estómago podrían convertir materiales de alta energía como el aluminio en electricidad.
Esto se basa en los muchos avances en la autonomía del robot, donde los robots pueden detectar objetos en una habitación y navegar para recogerlos, pero aquí estarían recogiendo fuentes de energía.
Otros investigadores están desarrollando sistemas de energía basados en fluidos que circulan como la sangre. Un ejemplo temprano, un pez robótico, triplicó su densidad de energía mediante el uso de un fluido multifuncional en lugar de una batería estándar de iones de litio. Ese cambio de diseño único entregó el equivalente de 16 años de mejoras en la batería, no a través de una nueva química sino a través de un enfoque más bioinspirado. Estos sistemas podrían permitir que los robots funcionen durante períodos de tiempo mucho más largos, extrayendo energía de materiales que almacenan mucha más energía que las baterías de hoy.
En los animales, el sistema de energía hace más que solo proporcionar energía. La sangre ayuda a regular la temperatura, entregar hormonas, combatir infecciones y reparar heridas. Los metabolismos sintéticos podrían hacer lo mismo. Los robots futuros pueden manejar el calor utilizando fluidos circulantes o sanarse utilizando materiales almacenados o digeridos. En lugar de una batería central, la energía podría almacenarse en todo el cuerpo en extremidades, articulaciones y componentes suaves de tejido.
Este enfoque podría conducir a máquinas que no son solo más duraderas sino más adaptables, resistentes y realistas.
El resultado final
Los robots de hoy pueden saltar y correr como animales, pero no pueden ir a la distancia.
Sus cuerpos son rápidos, sus mentes están mejorando, pero sus sistemas de energía no se han puesto al día. Si los robots van a trabajar junto a los humanos de manera significativa, tendremos que darles más que inteligencia y agilidad. Tendremos que darles resistencia.
Proporcionado por la conversación
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Cita: los robots se quedan sin energía mucho antes de que se queden sin trabajo por hacer. Alimentarlos podría cambiar que (2025, 2 de junio) recuperó el 2 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-robots-energy.html
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