Robots como pájaros

Capaces de volar aleteando

Varias personas han quedado atrapadas en un edificio en llamas. Su estructura amenaza con desplomarse mientras crece el temor a las fugas de gases tóxicos. No hay tiempo que perder. Alguien tiene que actuar para evitar la tragedia, aunque el entorno no es precisamente alentador para un ser humano. ¿Y para un máquina? La respuesta de la comunidad robótica no deja lugar a dudas. Este tipo de rescate se beneficiará en el futuro de cuadrillas de voluntarios que volarán, literalmente, a apoyar la actuación de los servicios de emergencia. Gracias a la estabilidad y a la maniobrabilidad a baja velocidad que confiere el batir de las alas respecto al vuelo con apéndices fijos, una flota de robots voladores se encargará de dar los primeros pasos del rescate. Su aleteo les permitirá evadir cómodamente los escombros en espacios angostos, trazar un mapa tridimensional del escenario donde hay que actuar, reconocer el estado de las personas accidentadas y establecer un valioso flujo de información con el equipo de rescate. Todo ello, de una manera tan veloz como autónoma.

Las gaviotas ya han dado la bienvenida a su primera hermana de imitación

La pretensión de volar batiendo las alas es el sueño que se acabó cuando los hermanos Wright pilotaron el primer vuelo con motor, y que renace ahora con una nueva generación de robots aéreos. La estrategia de los científicos para reproducir el aleteo en sus máquinas voladoras se basa en la imitación de los eficientes y funcionales modelos de vuelo que la propia naturaleza ha desarrollado. Las aves, los insectos y hasta los murciélagos son las nuevas musas de la ingeniería biológicamente inspirada, una moda prometedora. “Gracias al desarrollo de nuevas tecnologías, la comunidad robótica ha desarrollado un gran interés por crear prototipos que se asemejen más a la naturaleza, y no solamente en lo que respecta a la robótica aérea, sino también en cuanto al desarrollo de humanoides”, explica Julián Colorado, investigador de la Universidad Politécnica de Madrid.

Mente de silicio, alas de murciélago
El grupo de Robótica y Cibernética de la Universidad madrileña, en el que trabaja el ingeniero electrónico, no se ha quedado al margen de la exploración científica de las diversas modalidades de vuelo. Su aportación a este campo es un microrrobot aéreo que imita al murciélago Pteropus poliocephalus. “Los murciélagos perciben de una manera muy peculiar el flujo de aire que pasa por sus alas gracias a unos micropelos que se extienden a lo largo de la membrana. En función de ese flujo, son capaces de disponer diferentes formas del ala para generar la mayor cantidad de sustentación y reducir la fricción aerodinámica”, detalla Colorado.

BaTboT reproduce esta fascinante característica mediante un entramado de finas fibras, hilos minúsculos que recuerdan al pelo humano y que se contraen cuando reciben una corriente eléctrica. El material se conoce como Shape Memory Alloys (aleaciones con memoria de forma, en español), y ha permitido a los investigadores forjar una idea que “sigue el principio de funcionamiento de nuestras células musculares. El cerebro genera señales eléctricas, las fibras musculares se contraen y son capaces de mover la articulación del bíceps o del tríceps, por ejemplo”.

Las plumas son el santo grial de los ingenieros que se inspiran en la naturaleza

Unos dos años de investigación sobre cómo generar mayor densidad de energía podrían ser suficientes para tener un prototipo plenamente funcional. El resultado que Colorado espera conseguir es un murciélago robótico que sea capaz de funcionar de una manera totalmente autónoma durante media hora, como mínimo.

Lo que no pretende copiar de su modelo animal es la reacción de las personas frente a estos mamíferos. Más bien, espera que su pequeña creación despierte un sentimiento opuesto. “En el Grupo de Robótica y Cibernética buscamos aplicaciones del tipo de exploración y rescate, algo que sea de ayuda a la sociedad”, concluye optimista el doctor en Robótica.

Las diminutas piezas del progreso
Probablemente, no te darías cuenta de que te encuentras ante un gran progreso de la microrrobótica aérea aunque te lo cruzases en el salón de tu casa. Se trata de un robot made in USA que ha visto la luz en el Laboratorio de Microrrobótica de la Universidad de Harvard. El invento atrajo las miradas de todo el mundo en 2007, cuando los investigadores de esta institución estadounidense consiguieron que despegara la primera mosca robótica de tamaño natural. Sus creadores son como exploradores en tierras desconocidas. Al fin y al cabo, si pretendes construir un objeto capaz de volar imitando el aleteo de un insecto, no te valen los avances de la aeronáutica. Y si el tamaño de la máquina es el de una mosca, la fabricación de cada pieza y de cada sistema es, por sí misma, todo un reto.

Tras la puerta que han abierto los científicos de Harvard ya se vislumbran sugerentes avances. Para muestra, uno de los proyectos más interesantes del laboratorio en el campo de los insectos voladores: la creación de una abeja robótica que imite el comportamiento del insecto, tanto a nivel individual como social. El objetivo es fabricar todo un enjambre capaz de llevar a cabo las mismas tareas complejas que una colonia de abejas. Eso sí, pendiente de las órdenes humanas.

Las funciones que el proyecto RoboBee pretende cubrir van más allá de la exploración y del rescate. Las abejas robóticas, convenientemente conectadas entre sí, podrían hacer labores de vigilancia, de monitorización del tráfico y de mapeo de las condiciones climáticas en alta resolución. En el futuro, si paseas por el campo, podrías toparte con una colonia de abejas de antenas metálicas enfrascadas en polinizar las cosechas que llegarán a tu mesa.

Biología elegante
Los gansos no tendrían fama de patosos si no los criásemos en granjas. En el aire, su elegancia es comparable a la de las demás aves. Ese baile aéreo con el que se mueven los pájaros fascina e inspira, a partes iguales, a biólogos como Bret Tobalske, del Laboratorio de Vuelo de la Universidad de Montana: “Como el aleteo debe lograr tanto sustentar como propulsar al pájaro, los movimientos son extremadamente complejos. Al mismo tiempo, son estéticamente agradables y fascinantes”, reflexiona. Quizá por eso, volar como los pájaros es un empeño que el ser humano se resiste a olvidar pese a todos los huesos rotos en el intento. Después de mucho trabajo, los adelantos tecnológicos han guiado el camino a los primeros éxitos, que han llegado en forma de pequeños pájaros sin piloto.

La evolución ha dotado a los pájaros de una musculatura motora extremadamente potente y resistente. Su estructura ósea es especialmente ligera, incluso incluye huesos huecos. Su sistema respiratorio es muy eficiente, mucho más que el de los mamíferos. Además, sus plumas son “sorprendentemente ligeras, duras y flexibles. También son reemplazables. Estos rasgos son la envidia de los ingenieros que buscan desarrollar robots biológicamente inspirados”, opina Tobalske.

El objetivo más importante de estos ingenieros es aumentar la versatilidad de sus máquinas aéreas. “Las aves tienen un control exquisito de la posición de su cuerpo durante el vuelo. Sus cerebros y los sistemas nerviosos integrados constituyen un sofisticado ordenador que permite desplegar un diverso abanico de maniobras”. Desvelar la coreografía voladora de los pájaros ocupa buena parte del tiempo de Tobalske. El investigador ha estudiado numerosas especies de aves para determinar la relación entre el tamaño y la ejecución del vuelo, así como la repercusión de intercalar períodos de aleteo con otros movimientos, como el planeo y la suspensión en el aire. Para ello cuenta, entre otras cosas, con cámaras de vídeo capaces de grabar 1.000 imágenes por segundo y de trazar una secuencia tridimensional del movimiento, con un sistema láser que revela cómo se comporta el aire alrededor de un pájaro, con unos sensores que les implanta temporalmente para medir la fuerza, el trabajo y la potencia de los músculos durante el vuelo...

Si los pájaros pueden llegar a cruzar un océano sin detenerse, aprovechar a su favor las corrientes más agresivas, mantener una estabilidad desconocida para un helicóptero y sacar el máximo rendimiento a la energía, las ventajas de imitar su vuelo son inimaginables. Tanto como para borrar la frontera humana entre soñar y volar.

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BaTboT

Las alas de los murciélagos tienen una estructura ósea y muscular similar a la de los brazos de los seres humanos, lo que permite a aquellos mamíferos cambiar su forma con más facilidad que otros animales voladores. Un grupo de investigación de la Universidad Politécnica de Madrid ha desarrollado un prototipo que copia este mecanismo natural, y que han bautizado como BaTboT. Su objetivo es construir un robot aéreo que sea más eficiente y que requiera menos consumo energético. Una flota de estos robots podría asistir a los seres humanos en diversos tipos de misiones.

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Ornitóptero

Una buena impresora en 3D y mucho conocimiento son suficientes para fabricar un vehículo que bate las alas y es más estable que un helicóptero, como han demostrado unos científicos de la Universidad de Cornell.

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Aceite y láser

Una paloma vuela en un espacio rociado con diminutas partículas de aceite de oliva. Un láser ilumina la escena para tomar dos fotografías que, una vez sincronizadas, muestran la dirección y la velocidad del aire a su alrededor.

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El secreto del albatros

El albatros es un ave marina que destaca por su dominio del viento. Puede recorrer largas distancias sin necesidad de batir las alas, gracias a su destreza para dejarse llevar por las corrientes de aire. La clave de la estrategia está en aprovechar la diferencia de la velocidad del viento a ras de las olas respecto del que sopla más arriba, que es más veloz cuanto más lejos del mar. El albatros vuela pegado a las olas, luego planea hacia arriba, acelerando y avanzando cada vez más; hace un bucle y baja de nuevo impulsado por los vientos rápidos hasta el nivel de las olas, donde comienza un nuevo ciclo. El oceanógrafo Phil Richardson trabaja en el desarrollo de un robot planeador no tripulado que copie la estrategia del ave. Richardson ha estudiado el fenómeno en planeadores por control remoto. Con la estrategia de los albatros aplicada a zonas de montaña, los aparatos llegan a pasar de velocidades que rondan los 270 hasta ¡casi 800 kilómetros por hora!
Mientras Richardson maduraba la idea, la empresa Festo consiguió reproducir el vuelo de las gaviotas en un robot capaz de alzar el vuelo y aterrizar de manera autónoma. El sueño de volar aleteando como los pájaros está hoy más cerca que nunca. Tanto que los futuros avances podrían dejar obsoletos los sistemas de vuelo de alas fijas a los que estamos acostumbrados.

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Un marciano volador

El motor de tu coche sería inútil en Marte, ya que la atmósfera del planeta rojo no dispone del oxígeno que requiere la combustión. Esta es una de las dificultades que hacen de los vehículos de exploración un gran reto para la ingeniería. Una propuesta interesante es el Entomopter, un pequeño robot que vuela y anda como un insecto, y que se alimenta de energía química. Una flota de estos insectos robóticos se desplazaría sobre una especie de portaviones terrestre, reconocerían el aire y el suelo de su alrededor, y volverían con valiosas muestras para conocer la composición del planeta.

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No lo aplastes

Mobee no es un insecto, aunque aletea como si lo fuera y su escala corporal es milimétrica. Es un robot cuyo tamaño asombra a cualquiera, y cuya complejidad es un reto para los mejores especialistas.

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Espía para mí, colibrí

La capacidad de volar disminuye a medida que aumenta el tamaño corporal. Las aves más pequeñas, los colibríes, son grandes maestros del aire que pueden permanecer suspendidos indefinidamente, volar hacia atrás, rotar sobre sí mismos y ascender sin límites aparentes”, reflexiona Bret Tobalsky, biólogo de la Universidad de Montana. Quizá por eso se han convertido en el modelo perfecto para la empresa AeroVironment, que ha desarrollado un pequeño robot que hará carrera como espía del Ejército estadounidense si consiguen elevar su autonomía de poco más de 10 minutos. Nano Hummingbird ha gustado mucho. De hecho, es uno de los 50 mejores inventos del año pasado para la revista Time.

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El vencejo policía

Los vencejos pasan en el aire buena parte de su vida, durante la cual recorren hasta cinco veces la distancia a la Luna. Su resistencia es una proeza de la naturaleza: pueden cubrir 7.000 kilómetros sin detenerse. Lo que no suelen hacer es echar el ojo sobre quienes vuelan, aunque un imitador desarrollado por unos estudiantes de Ingeniería de la Delft University of Technology, en los Países Bajos, junto al grupo de Zoología Experimental de la Universidad de Wageningen, podría hacerlo. El silencioso motor eléctrico y las cámaras con las que han equipado a RoboSwift, el microrrobot aéreo, hacen de este ingenio de 100 gramos un candidato perfecto para vigilar el movimiento de personas y de vehículos sospechosos. Su aspecto es perfecto tanto para camuflarse en una bandada de sus ‘congéneres’ como para espiar a su objetivo sin llamar la atención. Estas posibilidades han atraído la atención de los servicios policiales de su país, pero no son las únicas funciones que podría adoptar el pájaro, que tiene una envergadura de medio metro con las alas extendidas. Los investigadores también han pensado en aplicar su diseño biológicamente inspirado al estudio científico de las aves y a la ayuda para organizar tareas de rescate. Eso sí, hacer volar este robot requiere que el piloto desarrolle una destreza poco común: aprender a pilotar imitando el vuelo de los vencejos.

Tres alas en una
El secreto de la maniobrabilidad de RoboSwift está en las tres posiciones de sus alas. Las variaciones configuran cambios de estabilidad, velocidad y maniobrabilidad.

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