La naturaleza siempre ha sido una fuente de inspiración para la tecnología. En esta ocasión, investigadores del MIT (Instituto Tecnológico de Massachusetts) y la Universidad de Wisconsin-Madison han recurrido a la sabiduría del reino marino para optimizar el diseño de planeadores submarinos autónomos, utilizando la inteligencia artificial como herramienta clave.
¿Qué son los Planeadores Submarinos Autónomos?
Estos vehículos autónomos, también conocidos como gliders, se desplazan por el océano recopilando información sobre el entorno submarino. Tradicionalmente, sus diseños se asemejan a tubos o torpedos por su hidrodinámica, pero un equipo de científicos cree que la IA puede desbloquear diseños mucho más eficientes e innovadores inspirados en la forma en que nadan peces y focas.
IA al Rescate del Diseño Hidrodinámico
El enfoque de los investigadores se basa en el aprendizaje automático (machine learning) para simular y probar diferentes diseños 3D en un entorno virtual. Este proceso permite moldear las estructuras hasta alcanzar formas hidrodinámicas superiores, con la ventaja de que el modelo resultante puede ser fabricado mediante impresión 3D, reduciendo significativamente el consumo de energía en comparación con la fabricación manual.
Peter Yichen Chen, investigador postdoctoral del MIT CSAIL (Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial) y co-líder del proyecto, destaca que este enfoque semi-automatizado permite explorar diseños no convencionales que serían muy difíciles de concebir para los humanos. La diversidad de formas generadas por la IA abre un abanico de posibilidades inexploradas hasta el momento.
¿Cómo Funciona el Proceso de Diseño con IA?
- Recopilación de Modelos 3D: Los investigadores recopilaron modelos 3D de más de 20 formas marinas comunes, como submarinos, ballenas, mantarrayas y tiburones.
- Jaulas de Deformación: Estos modelos se encerraron en “jaulas de deformación” que permiten modificar puntos de articulación para crear nuevas formas.
- Simulación de Ángulos de Ataque: Se simuló el rendimiento de las formas deformadas en diferentes ángulos de ataque (la dirección en la que el vehículo se inclina al deslizarse por el agua).
- Red Neuronal para la Optimización: Una red neuronal analiza los datos recopilados y optimiza la forma del planeador para lograr la máxima eficiencia en el agua.
El Ratio de Sustentación-Arrastre: Clave para la Eficiencia
La red neuronal simula la interacción del planeador con la física subacuática, buscando maximizar el ratio de sustentación-arrastre. Este ratio representa la cantidad de fuerza que eleva el planeador en comparación con la fuerza que lo frena. Un ratio alto significa mayor eficiencia y menor consumo de energía.
Niklas Hagemann, estudiante de arquitectura del MIT y afiliado a CSAIL, explica que este ratio es fundamental para lograr un movimiento de planeo eficiente en el océano. El sistema modifica la forma del planeador para encontrar el mejor equilibrio y optimizar su rendimiento bajo el agua.
Validación en el Mundo Real
Para validar las predicciones de la IA, los investigadores fabricaron un modelo a escala del diseño de dos alas, similar a un avión de papel, y lo probaron en el túnel de viento Wright Brothers del MIT. Los resultados mostraron una diferencia de solo el 5% entre el ratio de sustentación-arrastre predicho por la IA y el medido en el túnel de viento, lo que confirma la precisión de la simulación.
Además, se imprimieron en 3D dos diseños optimizados para diferentes ángulos de ataque: uno con forma de jet para 9 grados y otro con cuatro alas para 30 grados. En pruebas en piscina, ambos superaron a un planeador tradicional con forma de torpedo, demostrando una mayor eficiencia y un menor consumo de energía.
El Futuro de los Planeadores Submarinos
Este proyecto representa un avance significativo en el diseño de planeadores submarinos. Los investigadores planean seguir mejorando sus modelos, reduciendo la brecha entre la simulación y el rendimiento real. También buscan desarrollar máquinas capaces de adaptarse a los cambios repentinos en las corrientes marinas.
Además, explorarán nuevas formas y diseños, incluyendo estructuras más delgadas y la posibilidad de crear vehículos en miniatura.
Conclusión
La combinación de inteligencia artificial y biomimética está abriendo nuevas fronteras en la exploración oceánica. Los planeadores submarinos diseñados con IA prometen ser más eficientes, versátiles y adaptables, lo que permitirá a los oceanógrafos recopilar datos más precisos y detallados sobre los océanos y su impacto en el cambio climático.
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