Volar un vehículo aéreo no tripulado (UAV), como drones o cuadricópteros, es una experiencia emocionante, pero aterrizarlos de manera más segura no es divertido, especialmente cuando esos UAV están diseñados para operaciones militares y cuestan millones de dólares.
Los UAV actuales son algo restrictivos porque tienen alas fijas y rígidas que reducen la flexibilidad en el vuelo. Para ampliar el funcionamiento de los UAV de ala fija actuales, los investigadores realizaron varios experimentos en el pasado con estructuras de alas cambiantes, inspirados en pájaros, utilizaron algoritmos de aprendizaje automático para aprender un controlador de vuelo inspirado en la naturaleza.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Bristol y BMT Defense Services utilizó un avión RC estándar con un ala de forma única. Como se muestra en el video a continuación, el ala puede remodelarse mientras vuela, lo que permite que el sistema oscile mientras aterriza como un pájaro que se acerca a su percha. Este ala que se transforma se eleva por el aire, envía el UAV ligeramente hacia arriba y luego en un camino mucho más estrecho y más corto. Desafortunadamente, los investigadores no han podido perfeccionar las garras de agarre para reemplazar el tren de aterrizaje, pero dominaron bastante bien el movimiento de descenso en picado.
Para resolver este rompecabezas y crear robots aéreos que aterricen como un pájaro, los investigadores de Stanford estudian aves con cinco cámaras de alta velocidad. La estudiante graduada Diana Chin usa un pequeño pájaro azul pálido llamado Gary para llevar a cabo su investigación. Cuando Diana señala con el dedo, Gary vuela hacia una percha cubierta con teflón, lo que hace que parezca imposible sujetarlo. El aterrizaje exitoso de Gary en el teflón, y otros postes de una variedad de materiales, les enseña a los investigadores cómo crear máquinas que aterrizan como un pájaro.
“Los robots aéreos modernos generalmente requieren una pista o una superficie plana para facilitar el despegue y el aterrizaje. Para un ave, existe un posible lugar de aterrizaje en casi todas partes, incluso en las ciudades. Queríamos entender cómo se logra esto y la dinámica y las fuerzas involucradas”, dijo Chin, profesor asistente de ingeniería mecánica.
Incluso los robots más avanzados están lejos de la capacidad de los animales para agarrar objetos de diferentes formas, tamaños y texturas. Por lo tanto, los investigadores recopilaron datos sobre el aterrizaje de Gary y otras dos aves en diferentes superficies que incluyen una variedad de perchas naturales y artificiales cubiertas con espuma, papel de lija y teflón.
La investigación, publicada en eLife el 6 de agosto, incluye estudios detallados de la fricción que producen las garras y patas de las aves. Los investigadores han descubierto a partir de este trabajo que el secreto de la versatilidad de los loros para posarse está en el agarre.
“Cuando procesamos por primera vez nuestros datos sobre la velocidad de aproximación y las fuerzas cuando el ave aterrizó, no vimos ninguna diferencia obvia. Pero luego comenzamos a observar la cinemática de los pies y las garras, los detalles de cómo los movían, y descubrimos que los adaptaban para adherirse al aterrizaje”, recordó Chin.
Dependiendo de su observación al aterrizar, la medida en que las aves envolvían los dedos de los pies y curvaban las garras variaba. En superficies ásperas o blandas, como espuma de tamaño mediano, papel de lija y perchas de madera rocosa, sus patas pueden generar grandes fuerzas de compresión con poca ayuda de las garras. En las perchas que eran más difíciles de agarrar (la madera de seda, el teflón y el abedul grande), las aves enroscaron más sus garras, arrastrándolas a lo largo de la superficie de la percha hasta que estuvieron seguras.
Este agarre variable sugiere que los investigadores podrían separar el control de aproximación al aterrizaje de las acciones necesarias para un aterrizaje exitoso al construir robots para aterrizar en una variedad de superficies. Sus mediciones también han demostrado que las aves pueden reposicionar sus garras en tan solo 1 o 2 milisegundos de un bulto o hoyo a otro. (Un ser humano tarda entre 100 y 400 milisegundos en parpadear).