La nueva generación de drones inspirados en pájaros: "Podrán realizar maniobras muy precisas en entornos complejos"

La naturaleza es una de las mayores fuentes de inspiración de científicos e ingenieros. La biomimética, es decir, la aplicación de soluciones procedentes de animales y plantas a problemas humanos, está cada vez más presente en sectores tan diversos como el de la robótica, la medicina o la energía fotovoltaica, con propuestas tan sorprendentes como un invento que imita a las plantas para generar más electricidad.

En el sector de los drones o UAVs (siglas de vehículo aéreo no tripulado), la biomímesis ha tomado un camino previsible: imitar a los pájaros e insectos voladores. En esa dirección trabaja un equipo de ingenieros de la Universidad de Surrey (Inglaterra), que desde hace años estudia el desarrollo de aeronaves de ala fija basadas en las capacidades de los búhos y otras aves rapaces.

Bajo el nombre de Learning2Fly ("aprendiendo a volar" en inglés), el proyecto pretende superar las limitaciones a las que se enfrentan los drones convencionales, sobre todo en entornos complejos como las ciudades.

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"La naturaleza ya ha resuelto muchos de los retos a los que nos enfrentamos en el vuelo con drones", explica Olaf Marxen, profesor titular de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Surrey, en un comunicado de prensa.

"Las aves rapaces pueden realizar maniobras increíblemente precisas en entornos complejos, y estamos utilizando esas lecciones para hacer que los drones de ala fija sean más inteligentes, más ágiles y más adecuados para ciudades con edificios altos o condiciones de viento que cambian rápidamente", señala Marxen.

Vuelo más natural

Los drones de ala rotatoria, como los habituales cuadricópteros comerciales, tienen una ventaja fundamental frente a los de ala fija: su gran maniobrabilidad. Sin embargo, también tienen un talón de Aquiles: un alto consumo de energía, lo que limita su autonomía y las funciones que pueden llevar a cabo.

Por su parte, los drones de ala fija son mucho más eficientes energéticamente y pueden cubrir distancias más largas, algo fundamental sobre todo para usos militares o de vigilancia, aunque también para servicios como la inspección de aerogeneradores marinos.

Precisamente, los investigadores de Surrey están aprovechando algunas de las capacidades de distintos tipos de aves para mejorar la agilidad, la seguridad y la precisión de los UAV en espacios aéreos turbulentos o congestionados.

"Estamos combinando datos de vuelo experimentales con aprendizaje automático para ayudar a los drones a predecir y controlar su movimiento en tiempo real e imitar la trayectoria de vuelo típica de un pájaro", explica Marxen.

Descartadas las simulaciones convencionales como la dinámica de fluidos computacional por su alto coste económico y su incapacidad para resolver algunas situaciones complejas de viento, Marxen y su equipo han apostado por un modelo predictivo y la realización de pruebas al aire libre.

Para ello están utilizando el laboratorio de captura de movimiento de Surrey, un entorno real que sustituye a las complejas y caras simulaciones por ordenador. De momento, ya han conseguido poner a prueba varios prototipos ligeros, algunos de ellos adaptados a aviones de juguete. ¿El objetivo? Rastrear su movimiento en 3D mediante sensores integrados y cámaras de alta velocidad.

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Así, en cada vuelo se recopilan gran cantidad de datos para conformar un modelo de aprendizaje automático. Esa compilación de información permitirá a los investigadores predecir el comportamiento del dron sin depender de simulaciones aerodinámicas convencionales.

La meta final es desarrollar una nueva generación de drones más ágiles y capaces de recorrer mayores distancias gracias a su eficiencia energética, 'heredada' directamente de las aves. "Ya hemos presentado algunos de nuestros primeros hallazgos, y es emocionante ver lo bien que funciona el dron incluso en esta fase", señala Owen Wastell, estudiante de doctorado de la Universidad de Surrey.

"Es aleccionador que, en una era de máquinas y tecnología avanzadas, sigamos buscando inspiración en el mundo natural, y en una de las especies vivas más antiguas del planeta", concluye Wastell.

Otros drones-pájaro

En los últimos años, quienes están centralizando buena parte de los avances en drones inspirados en pájaros 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.

El dron RAVEN tiene patas y alas para moverse como un pájaro EPFL Omicrono

Uno de sus avances más recientes, 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".

La idea de aprovechar la fisiología de los pájaros para fabricar UAVs no es nueva. Por ejemplo, en 2021 se presentó en España el V-Raptor, un dron cuyo fuselaje se ha recubierto con un vinilo que da la apariencia de un águila. Su aplicación principal es evitar la muerte de aves en plantas de energía eólica, donde las palas de los enormes aerogeneradores pueden resultar fatales, aunque también puede llevar a cabo labores de vigilancia y espionaje.

Sin embargo, el diseño más sorprendente de los últimos años corresponde a Aníbal Ollero, profesor de la Universidad de Sevilla (US) y todo un experto en robótica aérea de vehículos no tripulados, como atestiguan sus más de 20 años de experiencia en este ámbito. Él es el ingeniero principal de un prototipo que, emulando la manera de volar de las aves batiendo las alas, acabó posándose de forma autónoma en una rama como si fuera un pájaro real, en pruebas realizadas tanto en interior como en exterior.