Mathematica y BattleBots

Llevando agresión, determinación e ingeniería mecánica al living

¿Está buscando acción con la atracción de "más maña que fuerza"? William McHargue, un físico independiente y antiguo usuario de Mathematica, es uno de los muchos que encuentran esta combinación en BattleBots, la nueva pasión de robots de lucha. "Con BattleBots, uno puede ser agresivo y aun sin que nadie resulte lastimado", dice McHargue. Recientemente, McHargue apareció en Mechanical Engineering magazine por su trabajo en Tesla's Tornado, su BattleBot.

BattleBots ha pasado a formar parte de la cultura popular, gracias a la serie de televisión, la cual se encuentra en su quinta temporada. Mucho más que solo un programa de televisión, BattleBots Inc. organiza el torneo más famoso de lucha de robots de los Estados Unidos. Los aficionados pueden encontrar una vasta colección de artículos de BattleBots, incluyendo muñecos, libros, revistas, video juegos e indumentaria. Los torneos ofrecen un foro en el cual los creadores exhiben su ingenio y sus conocimientos. BattleBots también desafía a los aficionados a unirse a la subcultura de los creadores con trucos y guías online para crear sus propios BattleBots.

Muchos creadores de BattleBot trabajan en equipos de tres o más, pero McHargue eligió diseñar y construir Tesla's Tornado por sí mismo. Sus estudios de física, de ingeniería en electricidad y de ciencias de la computación lo equiparon bien para emprender el proceso entero de construcción de robots. A pesar de que Telsa's Tornado todavía no ha aparecido en televisión, McHargue consiguió victorias en su primera temporada cuando el BattleBot derrotó por knockout a sus oponentes.

En el BattleBox, Tesla's Tornado es un bloque de 117,9 libras de acero de giro y golpes. El BattleBox es tan efectivo para causar destrucción masiva que es imposible probar el robot fuera del BattleBox a prueba de balas. Es por eso que McHargue recurrió a Mathematica para modelar la eficiencia de su creación antes de siquiera comenzar la construcción.

McHargue primero modeló la actuación del Tesla's con Mathematica usando masas previstas por Cobalt, un programa de modelado de sólidos. "Mathematica fue empleado para ayudar a predecir la actuación básica del robot finalizado", dice McHargue. Entonces, en cuanto terminó de diseñar cada componente, McHargue incorporó las masas reales en el modelo de Mathematica. Ahora, cuando McHargue quiere hacer cambios a su BattleBot, todo lo que tiene que hacer es entrar los nuevos datos en su modelo existente de Mathematica.

La filosofía de diseño de McHargue es "hacer un robot de lucha tan simple como sea posible pero efectivo en combate". Tesla's Tornado, un competidor en la división peso liviano, de 60 a 120 libras, se ve recio pero aparentemente inofensivo cuando está quieto. En vez de elaborar dispositivos como martillos, sierras y hachas usadas como otros competidores, el arma secreta de Tesla es su inercia rotacional. Para asegurar la efectividad de Tesla, McHargue graficó su velocidad rotacional versus tiempo desde el momento de ponerlo a funcionar con Mathematica. "Necesitaba saber por adelantado si podía girar en un marco de tiempo suficientemente corto como para defenderse solo", dice McHArgue.

McHargue eliminó la tabla giratoria usada en la mayoría de robots de "girador horizontal" y, en cambio, hizo que el cuerpo entero fuera el girador. Esto pone el peso completo del Tesla's detrás de su giro y, con velocidades sobrepasando 600 rpm, puede infligir daños bastante serios. A velocidad máxima, Tesla's Tornado puede producir un impulso de 28 milisegundos de cerca de tres toneladas cuando los cortadores del robot chocan con un oponente de 120 libras. "Es esta clase de gran fuerza, aunque sea breve, la que puede romper cosas", dice McHargue.

Con el objetivo de implementar su diseño innovador "el chasis es un arma", McHargue creó las dos ruedas impulsadas para realizar realizar funciones múltiples. Primero, giran en direcciones opuestas con torque sustantial para asegurar que el robot acelerará a, al menos, 200 rpm en tres segundos, la cantidad de tiempo que toma usualmente a los oponentes para cruzar el ring y atacar. Entonces, para moverse por todo el ring, cada rueda se frena a intervalos específicos en el girador. Cuando una rueda se frena, actúa como un punto de pivote, resultando en arranques de impulso cuidadosamente dirigido, el cual hace que el robot se traslade (se mueva lateralmente) dirigido por control remoto. Como las ruedas del Tesla están moviéndose continuamente a altas velocidades, puede funcionar en superficies tan lisas como el piso de BattleBox sin que los neumáticos se gasten rápidamente.

Además de la naturaleza experimental de su diseño, el esquema de control de McHargue es único también. McHargue ha creado el único BattleBot que es controlado por una luz infrarroja. Usar luz en vez de ondas de radio provee una referencia para los frenos que permite que el Tesla se traslade. Convertir la fuente de luz a un láser está en sus planes para su próxima competición. Las regulaciones de seguridad de BattleBots le demandaron realizar un análisis para probar que el láser no dañaría a nadie que viera la lucha. McHargue realizó los cálculos para este análisis y compuso el informe usando Mathematica.

"La cualidad y robustez del sistema de Mathematica, el hecho de que Wolfram nunca ha cesado de soportar Macintosh (mi plataforma de elección desde 1984), y la calidad de publicación de su salida PostScript son sino unas pocas razones por las cuales acudí a Mathematica. al considerar problemas de una naturaleza científica general o de ingeniería", dice McHargue. Disfruta también de la capacidad para llevar unidades a través de todos sus cálculos. Este ayuda a protegerse de sobreestimar accidentalmente la actuación de Tesla. McHargue añade que a pesar de que podría haber hecho estos cálculos con otras herramientas de software, la capacidad del entorno del cuaderno para usar expresiones simbólicas completas en ecuaciones reales y mezclar diagramas directamente con todo lo demás, "hace a Mathematica simplemente una herramienta mejor".

BattleBots está en el aire los sábados a las 20 horas, hora del este en Comedy Central. Para más información en BattleBots, mire el sitio BattleBots.com.