Un invento que parece ridículo puede cambiar para siempre cómo operan los drones

Hasta ahora, todos los drones que hemos visto siguen los mismos parámetros de diseño que aeronaves tradicionales como aviones y helicópteros. Pero un equipo de ingenieros de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne ha tirado a la papelera estos principios para resolver uno de los grandes retos de estos vehículos aéreos: ¿cómo pueden aterrizar y despegar de forma totalmente segura, sin necesitar de pistas ni equipo adicional? La respuesta es ponerles patas robóticas que imiten a los pájaros. El resultado es tan cómico como sorprendentemente eficiente, según las pruebas de su estudio publicado en la revista Nature que puede revolucionar el diseño de los drones del futuro.

RAVEN —’cuervo’ en español las siglas en inglés de ‘vehículo robótico inspirado en aves para múltiples entornos’— es un dron que incorpora patas robóticas inspiradas en los pájaros. Estas patas permiten que el dron realice despegues hasta 10 veces más eficientes que los realizados con otros métodos de propulsión, como catapultas o aceleración en pistas de despegue. Como las de los pájaros, estas patas permiten operar en terrenos con obstáculos.

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Jesús Díaz

La clave biológica

Con estas patas el dron puede caminar, saltar y superar obstáculos en tierra, y además realizar despegues y aterrizajes más eficientes y seguros. Su inventor —Won Dong Shin, estudiante de doctorado en el Laboratorio de Sistemas Inteligentes de EPFL— dice que la inspiración para crear este robot volador vino mientras caminaba por el campus de la universidad, observando cómo los cuervos usaban sus patas para caminar, saltar sobre obstáculos y levantar el vuelo: "Consistentemente observé que siempre saltaban para iniciar el vuelo, incluso en situaciones donde podrían haber usado sólo sus alas".

Esto le hizo pensar que debía existir un motivo biomecánico para que esto fuera así. La evolución natural siempre premia la eficiencia energética, así que este comportamiento debería traducirse en una mayor efectividad para resolver el problema del despegue en el vuelo.

Partiendo de ese principio, el equipo de Shin replicó la misma arquitectura en su cuervo robótico. Su dron utiliza dos patas equipadas con articulaciones en las caderas, tobillos y pies elásticos que almacenan y liberan energía al igual que los tendones de las aves. Las patas permiten estabilidad al caminar y capacidades como sortear huecos de 12 centímetros y escalar obstáculos de 26 centímetros.

A diferencia de otros drones que necesitan catapultas o pistas para despegar, este robot utiliza sus patas para realizar transiciones rápidas y eficaces del suelo al aire, alcanzando una velocidad inicial de 2,2 m/s en sólo 0,17 segundos. Para comparar, un avión comercial típico alcanza una velocidad de aproximadamente 290 km/h (80,56 m/s) en 30 segundos, lo que implica una aceleración promedio de alrededor de 2,69 m/s². En comparación, el cuervo alcanza una aceleración de aproximadamente 12,94 m/s².

"Aunque el despegue mediante salto requiere una entrada de energía ligeramente mayor, es el método más eficiente y rápido para convertir energía en movimiento cinético y potencial", afirma Shin en su estudio. Las pruebas realizadas demostraron que el despegue mediante salto no sólo es más eficiente sino que además es más estable que otros métodos.

Cómo consigue hacerlo

Cada pata está equipada con articulaciones electromagnéticas y resortes torsionales, resortes helicoidales situados en los tobillos y dedos, fabricados en materiales ligeros y flexibles, que actúan como amortiguadores y potenciadores de movimiento. Estos mecanismos aumentan la eficiencia energética al almacenar y liberar energía durante los movimientos. Además, los pies cuentan con dedos flexibles que le permiten adaptarse a cualquier tipo de terreno para mantener la estabilidad del dron en tierra. Shin asegura que es “importante incorporar una articulación elástica pasiva en los dedos para permitir múltiples patrones de movimiento y garantizar que el dron pudiera saltar con el ángulo correcto para el despegue”.

A pesar de esta complejidad mecánica, el dron sólo tiene un peso total de 620 gramos, de los cuales 230 gramos corresponden a las patas y sus mecanismos. Esta ligereza es fundamental para poder tener esa capacidad de locomoción terrestre y aérea.

¿Un cambio radical en la arquitectura de los drones?

En el futuro, el equipo de investigación planea añadir capacidades adicionales en las patas, como la absorción de impactos para obtener una mayor precisión en el aterrizaje. La pieza final de este diseño biomórfico será la incorporación de un sistema de percepción con inteligencia artificial que permita un aterrizaje autónomo.

La investigación también indica que estas patas robóticas no están limitadas a pequeñas máquinas. Los ingenieros afirman que pueden tener una mayor dimensión para usarlas en drones de gran tamaño capaces de llevar cargas útiles. Shin piensa que es factible aunque será necesario rediseñar algunos elementos para mantener la eficiencia en los drones de mayor peso.