Los investigadores de la EPFL han construido un dron que puede caminar, brincar y lanzarse al vuelo con la ayuda de patas parecidas a las de un pájaro, ampliando enormemente la gama de entornos potenciales accesibles a los vehículos aéreos no tripulados.
«En línea recta» es un modismo común que se refiere a la distancia más corta entre dos puntos, pero el Laboratorio de Sistemas Inteligentes (LIS), dirigido por Darío Floreano, en la Escuela de Ingeniería de la EPFL ha tomado la frase literalmente con RAVEN (Robotic Avian- Vehículo inspirado para múltiples entornos). Diseñadas en base a pájaros posados como cuervos y cornejas que frecuentemente cambian entre el aire y la tierra, las patas robóticas multifuncionales le permiten despegar de forma autónoma en entornos que antes eran inaccesibles para los drones alados.
«Los pájaros fueron la inspiración para los aviones en primer lugar, y los hermanos Wright hicieron realidad este sueño, pero incluso los aviones actuales todavía están bastante lejos de lo que los pájaros son capaces de hacer», dice el estudiante de doctorado en LIS, Won Dong Shin. «Los pájaros pueden pasar de caminar a correr en el aire y viceversa, sin la ayuda de una pista o un lanzador. En la robótica todavía faltan plataformas de ingeniería para este tipo de movimientos».
El diseño de RAVEN tiene como objetivo maximizar la diversidad de la marcha y minimizar la masa. Inspirándose en las proporciones de las patas de los pájaros (y en las largas observaciones de los cuervos en el campus de la EPFL), Shin diseñó un conjunto de patas de pájaro multifuncionales y personalizadas para un dron de ala fija. Utilizó una combinación de modelos matemáticos, simulaciones por computadora e iteraciones experimentales para lograr un equilibrio óptimo entre la complejidad de las piernas y el peso total del dron (0,62 kg). La pierna resultante mantiene los componentes más pesados cerca del «cuerpo», mientras que una combinación de resortes y motores imita los poderosos tendones y músculos aviares. Los pies livianos inspirados en las aves compuestos por dos estructuras articuladas aprovechan una articulación elástica pasiva que admite diversas posturas para caminar, brincar y brincar.
«Traducir las patas y pies de las aves en un sistema robótico liviano nos presentó problemas de diseño, integración y control que las aves han resuelto elegantemente a lo largo de la evolución», dice Floreano. «Esto nos llevó no sólo a crear el dron alado más multimodal hasta la fecha, sino también a arrojar luz sobre la eficiencia energética del salto para el despegue tanto en pájaros como en drones». La investigación ha sido publicada en Naturaleza.
Mejor acceso para entregas o ayuda en casos de desastre
Los robots anteriores diseñados para caminar eran demasiado pesados para saltar, mientras que los robots diseñados para saltar no tenían 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 diferentes modos de iniciación del vuelo, incluido el despegue en pie y en caída, y descubrieron que saltar al vuelo hacía el uso más eficiente de la energía cinética (velocidad) y la energía potencial (ganancia de altura). Los investigadores de LIS se asociaron con Auke Ijspeert del Laboratorio de BioRobótica de la 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 dilucidar los costos y beneficios de las patas poderosas en aves que frecuentemente transitan entre el aire y la tierra, los resultados ofrecen un diseño liviano para drones con alas que pueden moverse en terrenos accidentados y despegar desde ubicaciones restringidas sin intervención humana. Estas capacidades permiten el uso de dichos drones en inspección, mitigación de desastres y entrega en áreas confinadas. El equipo de EPFL ya está trabajando en un mejor diseño y control de las piernas para facilitar el aterrizaje en una variedad de entornos.
«Las alas de las aves son el equivalente a las patas delanteras de los cuadrúpedos terrestres, pero se sabe poco sobre la coordinación de las patas y las alas en las aves, por no hablar de los drones. Estos resultados representan sólo un primer paso hacia una mejor comprensión de los principios de diseño y control de animales voladores multimodales y su traducción en drones ágiles y energéticamente eficientes», afirma Floreano.
