El ingenio desarrollado por ingenieros de la Escuela Politécnica Federal de Lausana permite acceder a entornos ahora imposibles para los vehículos no tripulados
06 dic 2024 . Actualizado a las 19:23 h.Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) han construido un dron que puede caminar, saltar y emprender el vuelo con la ayuda de patas similares a las de un pájaro, ampliando enormemente el abanico de entornos potenciales accesibles para los vehículos aéreos no tripulados.
«En línea recta» es un dicho común que se refiere a la distancia más corta entre dos puntos, pero el Laboratorio de Sistemas Inteligentes ( LIS ), dirigido por Dario Floreano, ha tomado la frase de forma literal con Raven (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple Environments). Diseñado en base a aves que se posan como cuervos y grajos y que alternan frecuentemente de escenario entre el aire y la tierra. Así, piernas robóticas multifuncionales le permiten despegar de forma autónoma en entornos previamente inaccesibles para los drones alados.
«Los pájaros fueron la inspiración para los aviones en un principio, y los hermanos Wright hicieron realidad este sueño, pero incluso los aviones de hoy en día están muy lejos de lo que las aves son capaces de hacer», dice el estudiante de doctorado de Won Dong Shin, que realizó el diseño. «Los pájaros pueden pasar de caminar a correr en el aire y viceversa, sin la ayuda de una pista o un lanzador. Pero todavía faltan plataformas de ingeniería para este tipo de movimientos en la robótica», subraya.
El diseño de Raven tiene como objetivo maximizar la diversidad de la marcha y minimizar la masa. Inspirado por las proporciones de las extremidades de las aves, Shin creó un conjunto de patas aviares personalizadas y multifuncionales para un dron de ala fija. Utilizó una combinación de modelos matemáticos, simulaciones por ordenador y pruebas experimentales para lograr un equilibrio óptimo entre la complejidad de las patas 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 resortes y motores imita los poderosos tendones y músculos de las aves. Los pies ligeros inspirados en los pájaros compuestos por dos estructuras aprovechan una articulación elástica pasiva que admite diversas posturas para caminar, saltar y volar.
«Traducir las patas y los 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», afirma Dario 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 despegar tanto en aves como en drones». La investigación se ha publicado en Nature.
Mejor acceso para entregas o socorro en caso de desastre
Los robots diseñados para caminar eran demasiado pesados para saltar, y los robots diseñados para saltar no tenían pies adecuados para caminar. El diseño único de Raven les permite caminar, atravesar huecos en el terreno e incluso saltar sobre una superficie elevada de 26 centímetros de altura. Los científicos también experimentaron con diferentes modos de inicio del vuelo, incluido el despegue desde parado y en caída, y descubrieron que saltar para iniciar el vuelo hacía el uso más eficiente de la energía cinética (velocidad) y la energía potencial (ganancia de altura). Los investigadores del LIS se asociaron con Auke Ijspeert del Laboratorio de BioRobótica de EPFL y con el Laboratorio de Neuromecánica de Monica Daley en la Universidad de California, Irvine, para adaptar la biomecánica de las aves a la locomoción robótica.
Además de esclarecer los costos y beneficios de las patas potentes en aves que frecuentemente transitan entre el aire y el suelo, los resultados ofrecen un diseño liviano para drones alados que pueden moverse en terrenos difíciles y despegar desde lugares restringidos sin intervención humana. Estas capacidades permiten el uso de estos drones en inspecciones, mitigación de desastres y entregas en áreas confinadas. El equipo de EPFL ya está trabajando en un diseño y control mejorados de las patas para facilitar el aterrizaje en una variedad de entornos.