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Drones inspirados en mosquitos logran destreza en vuelo sin precedente

Un equipo investigador liderado en el MIT ha desarrollado drones del tamaño de un insecto con una destreza y resistencia sin precedentes, emulando la agilidad de criaturas como los mosquitos.

Estos pequeños robots aéreos están propulsados por una nueva clase de actuador suave, que les permite soportar las tribulaciones físicas del vuelo en el mundo real.

El líder del equipo, el profesor asistente Kevin Yufeng Chen, espera que los robots algún día puedan ayudar a los humanos polinizando cultivos o realizando inspecciones de maquinaria en espacios reducidos. El trabajo aparece este mes en la revista IEEE Transactions on Robotics.

Por lo general, los drones requieren espacios amplios y abiertos porque no son lo suficientemente ágiles para navegar en espacios reducidos ni lo suficientemente robustos para soportar colisiones entre una multitud. «Si observamos la mayoría de los drones hoy en día, suelen ser bastante grandes», dice Chen en un comunicado. «La mayoría de sus aplicaciones implican volar al aire libre. La pregunta es: ¿se pueden crear robots a escala de insectos que puedan moverse en espacios muy complejos y desordenados?»

Según Chen, «el desafío de construir pequeños robots aéreos es inmenso». Los drones del tamaño de una pinta requieren una construcción fundamentalmente diferente a la de los más grandes. Los drones grandes generalmente funcionan con motores, pero los motores pierden eficiencia a medida que los encoges. Entonces, dice Chen, para los robots con apariencia de insectos «es necesario buscar alternativas».

La principal alternativa hasta ahora ha sido emplear un actuador pequeño y rígido construido con materiales cerámicos piezoeléctricos. Si bien la cerámica piezoeléctrica permitió que la primera generación de pequeños robots despegara, son bastante frágiles. Y eso es un problema cuando se construye un robot para imitar a un insecto: los abejorros en busca de alimento soportan una colisión aproximadamente una vez por segundo.

Chen diseñó un dron diminuto más resistente utilizando actuadores suaves en lugar de duros y frágiles. Los actuadores blandos están hechos de cilindros de goma delgados recubiertos de nanotubos de carbono. Cuando se aplica voltaje a los nanotubos de carbono, estos producen una fuerza electrostática que aprieta y alarga el cilindro de goma. El alargamiento y la contracción repetidos hacen que las alas del dron se muevan rápidamente.

CASI 500 ALETEOS POR SEGUNDO
Los actuadores de Chen pueden aletear casi 500 veces por segundo, lo que le da al dron una resistencia similar a la de un insecto. «Puedes golpearlo cuando está volando y puede recuperarse», dice Chen. «También puede realizar maniobras agresivas como saltos mortales en el aire». Y pesa solo 0,6 gramos, aproximadamente la masa de un abejorro grande. El dron se parece un poco a una pequeña cinta de casete con alas, aunque Chen está trabajando en un nuevo prototipo con forma de libélula.

«Lograr el vuelo con un robot de escala centimétrica es siempre una hazaña impresionante», dice Farrell Helbling, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Cornell, que no participó en la investigación. «Debido a la conformidad inherente de los actuadores suaves, el robot puede chocar con obstáculos de manera segura sin inhibir mucho el vuelo. Esta característica es muy adecuada para volar en entornos dinámicos y desordenados y podría ser muy útil para cualquier cantidad de aplicaciones del mundo real».

La construcción de robots con forma de insectos puede proporcionar una ventana a la biología y la física del vuelo de los insectos, una vieja vía de investigación para los investigadores. El trabajo de Chen aborda estas cuestiones mediante una especie de ingeniería inversa.

«Si quieres aprender cómo vuelan los insectos, es muy instructivo construir un modelo de robot a escala», dice. «Puede perturbar algunas cosas y ver cómo afecta la cinemática o cómo cambian las fuerzas de los fluidos. Eso le ayudará a comprender cómo vuelan esas cosas». Pero Chen apunta a hacer más que agregar a los libros de texto de entomología. Sus drones también pueden ser útiles en la industria y la agricultura.

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