subactuar

Subactuar un sistema mecánico es diseñarlo u operarlo con menos actuadores independientes de los grados de libertad que posee. Un brazo robótico con siete articulaciones pero solo tres motores está subactuado; también lo está un andador bípedo que utiliza motores en el tobillo y la cadera, pero permite que la articulación de la rodilla se mueva pasivamente. El sistema aún puede alcanzar múltiples configuraciones, pero solo algunos movimientos pueden ser comandados directamente, el resto se derivan de la dinámica, la gravedad o las restricciones mecánicas.

La subactuación intercambia la autoridad de control por la simplicidad mecánica y la eficiencia energética. Un sistema completamente actuado exige un motor o solenoide para cada articulación, lo que añade masa, cableado, costo y consumo de energía. Un diseño subactuado acepta que ciertos movimientos estarán acoplados o limitados, pero gana una construcción más ligera y un menor costo operativo. En prótesis y robots con patas, la compliancia pasiva a través de la subactuación reduce el impacto y permite que algunos movimientos ocurran naturalmente sin control activo.

Límites prácticos y modos de falla

El peligro de la subactuación es la pérdida de controlabilidad en condiciones transitorias o cargas inesperadas. Una articulación de rodilla pasiva funciona bien en terreno llano a una velocidad de marcha constante; puede ceder o comportarse de forma impredecible en escaleras o terrenos irregulares. De manera similar, una pinza paralela subactuada con geometría de dedo fija solo puede agarrar formas dentro de un sobre estrecho. El sistema se vuelve inestable si las fuerzas externas exceden lo que los elementos pasivos pueden absorber.

El éxito depende de una cuidadosa correspondencia entre la tarea y el diseño. Las manos subactuadas accionadas por tendones utilizadas en cirugía o robótica submarina funcionan porque el entorno es predecible y las tareas de manipulación son lentas y deliberadas. Los sistemas subactuados en entornos impredecibles, líneas de montaje de fábrica, robótica de campo, generalmente requieren detección adicional y control de retroalimentación activo para mantener el comportamiento dentro de límites seguros, lo que puede consumir gran parte del peso y el ahorro de energía que la subactuación pretendía proporcionar.