Los investigadores de la EPFL han desarrollado un dron que puede caminar, saltar y saltar en vuelo con patas parecidas a las de un pájaro, ampliando enormemente la gama de entornos posibles accesibles a los vehículos aéreos no tripulados.
“En línea recta” es una frase común que se refiere a la distancia más corta entre dos puntos, pero el Laboratorio de Sistemas Inteligentes (LIS) dirigido por Dario Floriano de la Escuela de Ingeniería de la EPFL ha tomado el término literalmente con RAVEN (aviar robótico) . Inspírate en múltiples entornos). Diseñadas en base a pájaros como cuervos y cuervos que a menudo cambian entre el aire y la tierra, las versátiles patas robóticas le permiten volar de forma autónoma en entornos que antes eran inaccesibles para los drones alados.
“Las aves fueron la inspiración para los aviones en primer lugar, y los hermanos Wright hicieron realidad este sueño, pero incluso los aviones actuales todavía están lejos de las capacidades de las aves”, dice el estudiante de doctorado en LIS, Won Dong Shin. “Los pájaros pueden pasar de caminar a correr en el aire y viceversa sin la ayuda de pistas o lanzadores. Aún falta la plataforma de ingeniería para tal movimiento en robótica”.
El objetivo del diseño de RAVEN es maximizar la diversidad minimizando la masa. Inspirándose en las proporciones de las patas de los pájaros (y en las largas observaciones de los cuervos en el campus de la EPFL), Shin diseñó un conjunto de patas de ave versátiles y personalizadas para un dron de ala fija. Utilizó una combinación de modelos matemáticos, simulaciones por computadora e iteraciones experimentales para lograr el mejor equilibrio entre la complejidad de las piernas y el peso total del dron (0,62 kg). Las patas resultantes mantienen los componentes pesados cerca del “cuerpo”, mientras que una combinación de resortes y motores imitan los fuertes tendones y músculos de las aves. El pie liviano de inspiración aviar utiliza una articulación elástica pasiva compuesta de dos estructuras articuladas que soportan una variedad de posturas para caminar, saltar y saltar.
“Traducir las patas y pies de las aves en un sistema robótico liviano nos presentó problemas de diseño, integración y control que las aves han resuelto elegantemente durante la evolución”, dijo Floriano. “Esto nos permitió no sólo crear el dron alado más multimodal hasta la fecha, sino también resaltar la capacidad energética de las aves y los drones para saltar y despegar”. El estudio fue publicado la naturaleza
Mejor acceso para entrega o ayuda en casos de desastre
Los primeros robots diseñados para caminar eran demasiado pesados para saltar, mientras que los robots diseñados para saltar no tenían piernas adecuadas para caminar. El diseño único de RAVEN le permite caminar, cruzar huecos del terreno e incluso saltar sobre una superficie elevada de hasta 26 cm de altura. Los científicos también experimentaron con diferentes métodos de iniciación del vuelo, incluidos despegues en pie y en caída, y descubrieron que saltar al vuelo hacía el uso más eficiente de la energía cinética (velocidad) y la energía potencial (ganancia de altura). Los investigadores de LIS trabajaron con Auke Ijspeert del Laboratorio de BioRobótica de la EPFL y Monica Daly del Laboratorio de Neuromecánica de la Universidad de California, Irvine, para adaptar la biomecánica de las aves a la locomoción robótica.
Además de explicar los costos y beneficios de las patas poderosas para las aves que a menudo se mueven entre el aire y la tierra, los hallazgos sugieren un diseño liviano para drones con alas que puedan navegar por terrenos accidentados y despegar desde espacios reducidos sin intervención humana. Estas capacidades permiten el uso de dichos drones en inspecciones, mitigación de desastres y distribución en áreas restringidas. El equipo de EPFL ya está trabajando en mejorar el diseño y control de las piernas para facilitar el aterrizaje en diferentes entornos.
“Las alas de las aves son equivalentes a las patas delanteras de los cuadrúpedos terrestres, pero se sabe poco sobre la coordinación de las patas y las alas en las aves, y mucho menos en los drones. Estos hallazgos representan el primer paso hacia una mejor comprensión de sus principios de diseño y control. animales voladores y su traducción en drones ágiles y poderosamente eficientes”, afirmó Floriano.