Foto: Lentink Lab / Stanford University
Un grupo de científicos que busca comprender la mecánica del vuelo de las aves ha construido este PigeonBot, un robot volador hecho con 40 plumas de paloma (y algún que otro componente más).
Mientras que los aviones maniobran modificando los elementos de sus alas, las aves pueden cambiar por completo la forma de sus alas para zambullirse, girar y planear por el aire, aumentando al máximo su eficiencia y agilidad. Este nuevo estudio sobre alas de paloma no solo ha proporcionado un modelo más simple de cómo funcionan las alas de de los pájaros, sino que ha permitido a los ingenieros integrar ese conocimiento en una máquina capaz de volar. Los investigadores esperan que PigeonBot sirva de inspiración para quienes construyen máquinas voladoras, así como para aquellos que estudian aves.
“Puedes usar simplemente el cadáver de un pájaro, hay muchos en los museos, para desarrollar un robot sin dañar a ningún animal para estudiar su vuelo”, dijo a Leiz David Lentink, autor de los estudios y profesor de ingeniería mecánica.
“Empecé con una sola pregunta: ¿Cómo hacen las plumas por separado para funcionar juntas?”, dijo Laura Matloff, graduada de la Universidad de Stanford. Matloff había estado durante mucho tiempo interesada en los animales y quería aplicar el conocimiento de la biología a la ingeniería. Lideró un estudio sobre cadáveres de paloma utilizando sistemas de captura de movimiento, que sirvieron para ver cómo se movían las plumas mientras manipulaban los huesos de las aves.
Ingenieros aeroespaciales llegaron a imaginar un avión que utilizase alas de paloma, donde los pilotos pudiesen controlar cada pluma de forma individual. Pero en realidad, el ala de paloma opera de manera mucho más simple. Las mediciones del equipo les permitieron crear un modelo del vuelo de la paloma en el que usaba solo dos variables: el ángulo general del ala y el ángulo de la articulación del dedo que se encuentra en la mitad del ala. Un tendón flexible, como una goma elástica, que modifica el ángulo de todas las plumas en conjunto.
Pero, ¿cómo permanecen las plumas juntas con todo ese aire que fluye entre ellas? Por medio de un escáner y un microscopio electrónico han podido arrojar más luz sobre la función del complejo sistema microscópico de púas y ganchos que se activa cuando las palomas extienden sus alas, como si fuese una especie de velcro aviar. Midieron cómo este “Velcro direccional”, como lo han bautizado, fue capaz de resistir fuertes acometidas en un túnel de viento. Publicaron sus resultados en la revista Science.
Los intereses de Eric Chang, graduado de Stanford, le llevaron a estudiar criaturas voladoras como pájaros, murciélagos e insectos, y se unió a un equipo de diseño de aviones cuando era estudiante. Utilizó su conocimiento previo en la investigación de Matloff. El equipo colocó 40 plumas de paloma reales en un esqueleto artificial que podía moverse en dos puntos, sobre su base y sobre la articulación, con una serie de gomas que controlaban el ángulo de las plumas, recreando lo que los investigadores vieron en los estudios de los cadáveres de las aves. Lo combinaron con una hélice, una cola y un timón artificiales, sensores, y lo probaron en un túnel de viento y en exteriores con un mando por control remoto. Su investigación fue publicada en Science Robotics.
El equipo sintió alivio cuando finalmente consiguieron que el robot volase. “Recuerdo el primer día que voló, después de aterrizar con éxito y de una sola pieza; me caí al suelo”, dijo Chang. “Fue una sensación de ‘oh, Dios mío, ha funcionado de verdad, ya puedo volver a respirar’”.
PigeonBot ha dejado de lado los instintos de la ingeniería aeroespacial para articular cada pieza de la máquina voladora en favor de un modelo más simple que consiguió volar con facilidad.
Lentink vio varias aplicaciones a esta investigación. Quizás una compañía podría usar sus medidas para desarrollar un nuevo tipo de velcro, además, este modelo sirve para que los ingenieros aeroespaciales den con modelos de vuelo más simples. Aun así, no está tan interesado en las aplicaciones del descubrimiento como en la investigación y la enseñanza. Lentink ha imaginado un mundo en el que los museos puedan estudiar mejor el vuelo de las aves creando robots basados ??en esos especímenes que ya tienen en sus colecciones.
“Puedes recrear un cóndor robótico para comprender como vuela y utilizar esta información para ayudar a su especie”, dijo.
Los investigadores planean continuar sus estudios sobre el robot para explorar aún más la función direccional del velcro y tomar más medidas para mejorar aún más el PigeonBot.