Los investigadores de la 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.
https://youtube.com/watch?v=2dl6UW6FHDc%3Fwmode%3Dtransparent%26enablejsapi%3D1%26origin%3Dhttps%253A%252F%252Factu.epfl.ch
“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 Dario Floreano, en la Escuela de Ingeniería de la EPFL ha tomado la frase literalmente con RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments). Diseñado en base a aves posadas como cuervos y grajos que cambian frecuentemente entre el aire y la tierra, las 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 LIS Won Dong Shin. “Los pájaros pueden pasar de caminar a correr, al aire y viceversa, sin la ayuda de una pista o un lanzador. Todavía faltan plataformas de ingeniería para este tipo de movimientos en la robótica”.
El diseño de RAVEN tiene como objetivo maximizar la diversidad de la marcha y minimizar la masa. Inspirado por las proporciones de las patas de las aves (y por las prolongadas observaciones de los cuervos en el campus de la EPFL), Shin diseñó un conjunto de patas aviares personalizadas y multifuncionales para un dron de ala fija. Utilizó una combinación de modelos matemáticos, simulaciones por ordenador e iteraciones 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 las aves compuestos por dos estructuras articuladas aprovechan una articulación elástica pasiva que admite diversas posturas para caminar, saltar y saltar.
“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 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 le 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.
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.Prof. Dario Floreano, jefe del Laboratorio de Sistemas Inteligentes
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.
«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 solo 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», afirma Floreano.
Fondos
NCCR Robotics
Horizonte 2020 de la Unión Europea
Referencias
Shin, WD, Phan, HV., Daley, MA et al. Transición rápida de tierra a aire con patas multifuncionales inspiradas en las aves. Nature 636, 86–91 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-08228-9
Autor: Celia Luterbacher
Fuente: EPFL
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