Desarrollan un robot alado que puede aterrizar como un pájaro

Ningún robot de aleteo (ornitóptero) ha sido capaz de dominarlo hasta ahora

Los investigadores de la Ecole Polytechnique Federale de Lausanne (EPFL) han desarrollado un método que permite que un robot de alas batientes aterrice de forma autónoma en una posición vertical horizontal utilizando un mecanismo similar a una garra. La innovación podría ampliar significativamente el alcance de las tareas asistidas por robots.

Un pájaro que se posa en una rama hace que la maniobra parezca la cosa más fácil del mundo pero, de hecho, el acto de posarse implica un equilibrio extremadamente delicado de sincronización, fuerzas de alto impacto, velocidad y precisión. Es un movimiento tan complejo que ningún robot de aleteo (ornitóptero) ha sido capaz de dominarlo hasta ahora.

Raphael Zufferey, becario postdoctoral en el Laboratorio de Sistemas Inteligentes (LIS) y Biorobotics ab (BioRob) en la Escuela de Ingeniería, es el primer autor de un reciente artículo que describe el tren de aterrizaje único que hace posible tal acción. Lo construyó y probó en colaboración con colegas de la Universidad de Sevilla, España, donde se desarrolló el ornitóptero de 700 gramos como parte del proyecto europeo GRIFFIN.

"Esta es la primera fase de un proyecto más grande. Una vez que un ornitóptero puede dominar el aterrizaje de forma autónoma en la rama de un árbol, entonces tiene el potencial de llevar a cabo tareas específicas, como la recolección discreta de muestras biológicas o mediciones de un árbol. Eventualmente, incluso podría aterrizar en estructuras artificiales, lo que podría abrir más áreas de aplicación", dice Zufferey.

Agrega que la capacidad de aterrizar en una rama podría proporcionar una forma más eficiente para que los ornitópteros, que, como muchos vehículos aéreos no tripulados (UAV) tienen una vida útil limitada de la batería, se recarguen con energía solar, lo que podría hacerlos ideales para misiones de largo alcance.

"Este es un gran paso hacia el uso de robots de aleteo, que a partir de ahora pueden hacer vuelos libres, para tareas de manipulación y otras aplicaciones del mundo real", dice.

Maximizando la fuerza y la precisión; minimizando el peso y la velocidad

Los problemas de ingeniería involucrados en el aterrizaje de un ornitóptero en una percha sin ningún comando externo requirieron la gestión de muchos factores que la naturaleza ya ha equilibrado perfectamente. El ornitóptero tenía que poder reducir significativamente la velocidad mientras se posaba, sin dejar de mantener el vuelo. La garra debía ser lo suficientemente fuerte para agarrar la percha y soportar el peso del robot, sin ser tan pesada que no pudiera sostenerse en alto. "Esa es una de las razones por las que elegimos una sola garra en lugar de dos", señala Zufferey. Finalmente, el robot necesitaba poder percibir su entorno y la percha frente a él en relación con su propia posición, velocidad y trayectoria.

Crédito: Raphael Zufferey

Los investigadores lograron todo esto al equipar el ornitóptero con una computadora y un sistema de navegación completamente a bordo, que se complementó con un sistema externo de captura de movimiento para ayudarlo a determinar su posición. El apéndice de la garra de la pata del ornitóptero estaba finamente calibrado para compensar las oscilaciones hacia arriba y hacia abajo del vuelo mientras intentaba afinar y agarrar la percha. La garra en sí fue diseñada para absorber el impulso hacia adelante del robot en el momento del impacto y cerrarse rápida y firmemente para soportar su peso. Una vez posado, el robot permanece en la percha sin gasto de energía.

Incluso con todos estos factores a considerar, Zufferey y sus colegas tuvieron éxito, y finalmente construyeron no solo uno, sino dos ornitópteros con patas en forma de garra para replicar sus resultados de percha.

De cara al futuro, Zufferey ya está pensando en cómo se podría ampliar y mejorar su dispositivo, especialmente en un entorno al aire libre.

"Por el momento, los experimentos de vuelo se realizan en interiores, porque necesitamos tener una zona de vuelo controlada con localización precisa del sistema de captura de movimiento. En el futuro, nos gustaría aumentar la autonomía del robot para realizar tareas de manipulación y percha al aire libre en un entorno más impredecible".

La investigación se ha publicado en Nature Communications: How ornithopters can perch autonomously on a branch