El dron RAVEN tiene patas y alas para moverse como un pájaro Omicrono
El revolucionario dron que camina y vuela como un pájaro: despega a gran velocidad sin necesidad de pista o lanzador
Inspirándose en los cuervos, un equipo de ingenieros ha construido un ágil dron con facilidad para las transiciones entre aire y tierra.
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Los animales y plantas son una fuente de inspiración inagotable para los científicos. La biomímesis, o lo que es lo mismo, la aplicación de soluciones procedentes de la naturaleza a problemas humanos, está cada vez más presente en sectores tan diversos como el de la construcción, la robótica o la medicina, con propuestas tan sorprendentes como Robofabric, un tejido inspirado en los armadillos que se vuelve rígido o blando según se necesite. En el mundo de los drones o UAVs (siglas de vehículo aéreo no tripulado), este método ha tomado un camino previsible: imitar a los pájaros e insectos voladores, con proyectos como el ornitóptero español.
En los últimos años, quienes están centralizando buena parte de esos avances son los ingenieros del Laboratorio de Sistemas Inteligentes (LIS) de la Escuela de Ingeniería de la EPFL, en Lausana (Suiza). Dirigidos por Dario Floreano, estos científicos han desarrollado dispositivos como el dron que se hace pasar por un halcón gracias a su cola giratoria y alas transformables. Su último avance, publicado en Nature, va un paso más allá: se inspira en los cuervos y cornejas, que alternan con frecuencia entre el aire y la tierra, para dotar al dron resultante de la capacidad de andar, saltar y volar.
El diseño de RAVEN (que significa cuervo en inglés pero también son las siglas de vehículo robótico inspirado en las aves para múltiples entornos) pretende facilitar los despegues y aterrizajes, ampliando su gama de aplicaciones a diversos entornos. Pero no ha sido fácil llegar hasta ahí. "Trasladar las patas y pies aviares a un sistema robótico ligero nos planteó problemas de diseño, integración y control que las aves han resuelto con elegancia a lo largo de su evolución", explica el propio Floreano en un comunicado de prensa. "Esto nos llevó no sólo 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".
Un cuervo robótico
Para poder levantar el vuelo, los drones de ala fija necesitan una pista, una plataforma de lanzamiento o el propio brazo de un operario humano en el caso de los más livianos. Es justo lo contrario que la mayoría de las aves, que pueden desplazarse sin problemas entre entornos aéreos y terrestres gracias a las combinaciones que permiten las alas y a las patas, extremidades para caminar, saltar y despegar en los entornos más diversos.
De hecho, la fijación de la industria aeronáutica por imitar a los pájaros viene de lejos, aunque las dificultades para replicar su morfología han complicado el desarrollo de dispositivos como RAVEN. "Las aves fueron la inspiración de los aviones en primer lugar, 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", asegura Won Dong Shin, participante en el proyecto como estudiante de doctorado en el LIS.
El dron RAVEN inspirado en los pájaros
Su trabajo y el de sus compañeros tenía como objetivo "maximizar la diversidad de la marcha minimizando la masa". Para ello, se fijaron en los cuervos presentes en el campus de la EPFL y en las proporciones de sus patas para lograr, gracias a modelos matemáticos, simulaciones por ordenador e iteraciones experimentales, el equilibrio óptimo entre la complejidad de la pata y el peso total del dron, de sólo 620 gramos. El resultado final fue un diseño ligero de dron alado, capaz de desplazarse por terrenos accidentados y despegar de lugares restringidos sin intervención humana.
La distribución del peso es fundamental en cualquier UAV y, más aún, en uno de este tipo. Anteriores intentos demostraron lo difícil que es conseguir que un robot diseñado para caminar sea capaz de saltar (y viceversa), lo que limita la versatilidad tanto de funciones como de terrenos en los que puede operar.
Eficiencia en el despegue
En este caso, los componentes más pesados de la pata se encuentran más cerca del 'cuerpo' principal, mientras que los tendones y músculos de los pájaros toman forma como una combinación de muelles y motores. Gracias a dos estructuras articuladas, RAVEN puede adoptar distintas posturas para emular acciones como caminar, saltar o brincar.
Para perfeccionar el diseño del dron, Floreano y Shin recorrieron a la ayuda de Auke Ijspeert, del Laboratorio de BioRobótica de la EPFL, y Monica Daley, del Laboratorio de Neuromecánica de la Universidad de California en Irvine.
Eso les permitió adaptar la biomecánica de las aves a la locomoción robótica y empezar con las pruebas en laboratorio. Allí, los responsables de esta investigación comprobaron cómo RAVEN era capaz de caminar, atravesar baches o surcos en el terreno y saltar a una superficie elevada de 26 cm de altura.
Otro de los objetivos de los experimentos era comprobar la eficiencia de los distintos modos de iniciar el vuelo. De todos ellos, el que realizó el uso más eficiente de la energía cinética (velocidad) y potencial (ganancia de altura) fue el salto, que permitía el despegue más rápido y con menor gasto de energía.
Won Dong Shin con el dron RAVEN Omicrono
"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", sostiene Floreano.
De momento están lejos de entrar en producción y se requieren mejoras en el control de las patas para facilitar su aterrizaje en diversos entornos, pero drones como RAVEN son un primer paso hacia UAVS ligeros ideales para inspecciones, mitigación de catástrofes y entregas en zonas confinadas, además de sus posibilidades como equipo de vigilancia camuflado para misiones militares.
