Por más que lo intentaron, incluso los robotistas más avanzados de la Tierra luchan por recrear la elegancia y la eficiencia sin esfuerzo con las que las aves vuelan por el aire. El "PigeonBot" de los investigadores de Stanford da un paso para cambiar eso al investigar y demostrar las cualidades únicas del vuelo emplumado.
En un nivel superficial, PigeonBot se ve un poco, digamos, como un proyecto escolar. Pero se pensó mucho en este artilugio de aspecto bastante casual. Resulta que la forma en que vuelan las aves no se comprende muy bien, ya que la relación entre la forma dinámica del ala y las posiciones de las plumas individuales es muy compleja.
El profesor de ingeniería mecánica David Lentink retó a algunos de sus estudiantes de posgrado a "diseccionar la biomecánica del mecanismo de transformación del ala aviar y encarnar estas ideas en un robot biohíbrido transformador que presenta plumas de vuelo reales", tomando como modelo la paloma común, cuya resistencia Lentink admira.
Como explica en una entrevista con la revista Science:
La primera estudiante de doctorado, Amanda Stowers, analizó el movimiento esquelético y determinó que solo necesitábamos emular el movimiento de la muñeca y los dedos en nuestro robot para activar las 20 plumas de vuelo primarias y 20 secundarias. La segunda estudiante, Laura Matloff, descubrió cómo se movían las plumas a través de una respuesta lineal simple al movimiento esquelético. La idea robótica aquí es que un ala de pájaro es un sistema gigantesco sin actividad en el que un ave no tiene que accionar constantemente cada pluma individualmente. En cambio, todas las plumas siguen el movimiento de la muñeca y los dedos automáticamente a través del ligamento elástico que conecta las plumas con el esqueleto. Es un sistema ingenioso que simplifica enormemente el control de la posición de las plumas.
Además de descubrir que el control individual de las plumas es más automático que manual, el equipo descubrió que las pequeñas microestructuras en las plumas forman una especie de material unidireccional tipo Velcro que las mantiene formando una superficie continua en lugar de un montón de desconectadas. . Estos y otros hallazgos fueron publicado en Science
Usando 40 plumas de paloma reales y un marco súper ligero, Chang y el equipo crearon una máquina voladora simple que no obtiene elevación de sus plumas, tiene una hélice en la parte delantera, pero las usa para dirigir y maniobrar con el mismo tipo de flexión y transformación como las mismas aves al deslizarse.
Al estudiar la biología del ala en sí, luego observar y ajustar los sistemas PigeonBot, el equipo descubrió que el pájaro (y el bot) usaban su "muñeca" cuando el ala estaba parcialmente retraída, y los "dedos" cuando se extendían, para controlar el vuelo. Pero se hace de una manera muy elegante que minimiza el pensamiento y los mecanismos requeridos.
El ala de PigeonBot. Puedes ver que las plumas están unidas por conexiones elásticas, por lo que mover una mueve a otras.
Es el tipo de cosa que podría informar un diseño de ala mejorado para los aviones, que actualmente se basan de muchas maneras en principios establecidos hace más de un siglo. Los aviones de pasajeros, por supuesto, no necesitan bucear o rodar con poca antelación, pero los drones y otras naves pequeñas pueden encontrar la habilidad extremadamente útil.
"Los principios de ala de morphing poco activos presentados aquí pueden inspirar diseños de ala de morphing más económicos y simples para aviones y robots con más grados de libertad de lo que se consideraba anteriormente", escriben los investigadores en el artículo de Science Robotics.
El siguiente paso para el equipo es la observación de más especies de aves para ver si estas técnicas se comparten con otros. Lentink está trabajando en una cola para que coincida con las alas, y por separado en un nuevo robot bio-inspirado inspirado en los halcones, que también podría tener patas y garras. "Tengo muchas ideas", admitió.