Un dron inspirado en los pájaros puede saltar para despegar
La estrategia de salto permite que el nuevo dron con patas de ave logre un despegue más estable y amplia la capacidad de maniobra de los vehículos aéreos no tripulados en entornos accidentados y de difícil acceso, dicen los investigadores que lo han creado.
Por Enrique Coperías
El dron RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple environments) tiene patas que imitan a las de las aves y que le permiten dar saltitos para despegar. Crédito: Alain Herzog
«Distancia a vuelo de pájaro» es una expresión utilizada para referirse a la distancia más corta entre dos puntos obviando cualquier accidente geográfico. Ahora bien, el equipo del Laboratorio de Sistemas Inteligentes (LIS), dirigido por Dario Floreano, de la Facultad de Ingeniería de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), se ha tomado la frase al pie de la letra con su creación bautizada RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments).
Diseñado a partir de aves posadas, como cuervos y cornejas, que alternan con frecuencia su marcha entre el aire y la terreno, las patas robóticas multifuncionales del dron RAVEN le permiten despegar de forma autónoma en entornos antes inaccesibles para los drones alados, según cuentan sus creadores en la revista Nature.
«Las aves fueron para empezar la inspiración para diseñar los aviones, y los hermanos Wright hicieron realidad este sueño, pero incluso los aviones de hoy en día están bastante lejos de lo que las aves son capaces de hacer —dice el estudiante de doctorado del LIS Won Dong Shin. Y añade—: Las aves pueden pasar de caminar a lanzarse al vuelo, y viceversa, sin ayuda de una pista o lanzadera. En robótica aún faltan plataformas de ingeniería para este tipo de movimientos».
El dron volador pesa poco más de medio kilo
El diseño de RAVEN pretende maximizar la diversidad de la marcha minimizando la masa. Inspirándose en las proporciones de las patas de las aves —y en largas observaciones de los cuervos del campus de la EPFL—, Shin diseñó un conjunto de patas aviares personalizadas y multifuncionales para un dron de ala fija.
Shin utilizó una combinación de modelos matemáticos, simulaciones por ordenador e iteraciones experimentales para lograr un equilibrio óptimo entre la complejidad de la pata y el peso total del dron (0,62 kg). La pata resultante mantiene los componentes más pesados cerca del cuerpo, mientras que una combinación de muelles y motores imita los potentes tendones y músculos de las aves.
Las livianas patas de inspiración aviar, compuestas por dos estructuras articuladas, aprovechan una articulación elástica pasiva que soporta diversas posturas para caminar, saltar y brincar.
Won Dong Shin, unos de los padres científicos de RAVEN, contempla los mecanismos del dron aviar. Cortesía: Alain Herzog
«Trasladar las patas y pies de las aves a un sistema robótico ligero nos planteó problemas de diseño, integración y control que las aves han resuelto con elegancia a lo largo de la evolución —explica Floreano—. Esto nos llevó no solo a idear el dron alado más multimodal hasta la fecha, sino también a arrojar luz sobre la eficiencia energética del salto para el despegue tanto en aves como en drones».
Los anteriores robots diseñados para caminar eran demasiado pesados para saltar, mientras que los robots diseñados para saltar no tenían los pies adecuados para caminar. El diseño único de RAVEN le permite caminar, atravesar huecos en el terreno e incluso saltar a una superficie elevada de 26 centímetros de altura.
Los científicos también experimentaron con distintos modos de iniciar el vuelo, incluido el despegue de pie y en caída, esto es cuando el vuelo comienza estando de pie y cuando el vuelo arranca con una caída desde una altura o una posición elevada. De este modo, descubrieron que el iniciar el vuelo con un salto permitía un uso más eficiente de la energía cinética (velocidad) y potencial (ganancia de altura).
Los investigadores del LIS colaboraron con Auke Ijspeert, del Laboratorio de BioRobótica de la EPFL, y con Monica Daley, del Laboratorio de Neuromecánica de la Universidad de California en Irvine, para adaptar la biomecánica de las aves a la locomoción robótica.
Así vuela RAVEN, el dron que imita a las aves para volar de forma eficiente.
Además de dilucidar los costes y beneficios de unas patas potentes en aves que transitan con frecuencia entre el aire y el suelo, los resultados ofrecen un diseño ligero para drones con alas que pueden desplazarse por terrenos accidentados y despegar de lugares hasta ahora prohibidos para ellos y sin necesidad de intervención humana.
Estas capacidades permiten el uso de tales drones en inspecciones, mitigación de catástrofes y entregas en zonas confinadas. El equipo de la EPFL ya está trabajando en la mejora del diseño y el control de las patas para facilitar el aterrizaje en diversos entornos.
«Las alas de las aves son el equivalente de las patas delanteras en los cuadrúpedos terrestres, pero se sabe poco sobre la coordinación de patas y alas en las aves, por no hablar de los drones —afirma Floreano en una nota de prensa de la EPFL. Y concluye—: Estos resultados representan sólo un primer paso hacia una mejor comprensión de los principios de diseño y control de los animales voladores multimodales, y su traducción en drones ágiles y energéticamente eficientes». ▪️
Información facilitada por la Escuela Politécnica Federal de Lausana
Fuente: Shin, W.D., Phan, HV., Daley, M.A. et al. Fast ground-to-air transition with avian-inspired multifunctional legs. Nature (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08228-9
