Los murciélagos han capturado durante mucho tiempo la imaginación de los científicos e ingenieros con su agilidad y características de maniobra inigualables, logradas mediante conformaciones dinámicas de alas funcionalmente versátiles, así como más de cuarenta articulaciones activas y pasivas en las alas. Sin embargo, su flexibilidad y compleja cinemática del alaplantean desafíos tecnológicos significativos para el modelado, diseño y control de robots.
Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign y Caltech han desarrollado un murciélago robótico autónomo, denominado Bat Bot B2, con alas suaves y articuladas que pueden imitar los mecanismos clave de vuelo de los murciélagos biológicos.
"Nuestro trabajo demuestra uno de los diseños más avanzados hasta la fecha de un robot aéreo autónomo de alas batientes con morfología de murciélago que puede realizar un vuelo autónomo", explicó Alireza Ramezani, investigadora postdoctoral en la Universidad de Illinois que esel primer autor del artículo de portada, "Una plataforma robótica biomimética para estudiar las especializaciones de vuelo de los murciélagos", que aparece en AAAS Ciencia Robótica el 1 de febrero. "Pesa solo 93 gramos, con articulaciones de ala dinámicas y conformaciones de ala similares a las de los murciélagos biológicos".
Ramezani desarrolló el prototipo con sus asesores Soon-Jo Chung - ahora profesor asociado de aeroespacial en Caltech - y Seth Hutchinson en Illinois. Estos autores han estado colaborando con los profesores Kenneth Breuer y Sharon Swartz de la Universidad Brown, expertos envuelo de murciélago
"Nuestro trabajo introduce un esquema de diseño para imitar los mecanismos clave de vuelo de los murciélagos biológicos", dijo Chung, quien también es científico investigador en el Laboratorio de Propulsión a Chorro, que Caltech administra para la NASA. "No existe una metodología bien establecida paraingeniería inversa la locomoción sofisticada de murciélagos "
Podría decirse que los murciélagos tienen el mecanismo de vuelo motorizado más sofisticado entre los animales, como lo demuestra la capacidad de cambio de forma de sus alas. Su mecanismo de vuelo involucra más de 40 tipos de articulaciones que entrelazan los huesos y los músculos entre sí creando un sistema musculoesqueléticoque puede cambiar de forma y es capaz de moverse en múltiples direcciones independientes.
"El B2 posee una serie de ventajas prácticas sobre otros robots aéreos, como los cuadrotors", dijo Chung. "Los murciélagos tienen más de 40 articulaciones activas y pasivas; redujimos esos números a 9 5 activas y 4 pasivas enel robot B2. Las alas compatibles de un robot de aleteo tipo murciélago aleteando a frecuencias más bajas 7-10 Hz frente a 100-300 Hz de cuadrotors son inherentemente seguras: porque sus alas comprenden principalmente materiales flexibles y pueden chocar con unaotro, o con obstáculos en su entorno, con poco o ningún daño "
El B2 utiliza una matriz de esqueleto de transformación y una piel de membrana a base de silicona que permite al robot cambiar su estructura articulada en el aire sin perder una superficie aerodinámica efectiva y suave.
"Nuestros resultados de control de vuelo son la primera demostración del uso del plegado asimétrico de las alas flexibles principales para controlar el rumbo del robot aéreo", agregó Ramezani. "Su propiedad de transformación no puede realizarse con telas convencionales como nylon o mylar que se utilizan principalmente en la investigación del ala de aleteo. Los materiales no estirables resisten los movimientos de las extremidades anteriores y las piernas en B2. Como resultado, cubrimos el esqueleto de nuestro robot con una silicona ultradelgada hecha a medida 56 micras, a base de siliconamembrana diseñada para igualar las propiedades elásticas de las membranas de los murciélagos biológicos "
Los robots aéreos inspirados en los murciélagos también aportan mejoras significativas en la eficiencia energética con respecto a los robots aéreos actuales. Esto se debe, al menos en parte, a su arquitectura articulada de ala blanda y al hecho de que la flexibilidad del ala amplifica el movimiento de los actuadores del robot.
"Cuando un murciélago bate sus alas, es como una lámina de goma", dijo Hutchinson, profesor de ingeniería eléctrica e informática en Illinois. "Se llena de aire y se deforma. Y luego, al final de su caídamovimiento de golpe, el ala empuja el aire hacia afuera cuando vuelve a su lugar. Así que obtienes esta gran amplificación de potencia que proviene solo del hecho de que estás usando membranas flexibles dentro del ala ".
Una posible aplicación de B2 es supervisar los sitios de construcción. "Los proyectos de construcción de edificios son complicados y rara vez suceden de la manera en que están destinados", dijo Hutchinson. "Hacer un seguimiento de si el edificio se está armando correctamenteel camino en el momento adecuado no es trivial. Por lo tanto, los bots de murciélagos volarían, prestarían atención y compararían el modelo de información del edificio con el edificio real que se está construyendo ".
"Por ejemplo, para tareas que requieren que los robots aéreos sean estacionarios, nuestros robots aéreos inspirados en murciélagos eventualmente podrán posarse, en lugar de flotar, aprovechando estructuras únicas en sitios de construcción como marcos de acero, paredes lateralesy marcos de techo ", dijo Chung." Esta es una solución más eficiente y confiable desde el punto de vista energético, ya que el desplazamiento estacionario es difícil para los cuadrotorsores en presencia de viento suave, lo cual es común en sitios de construcción. Además, posarse o aterrizar aviones convencionalesy los cuadrotors en lugares tan inusuales son casi imposibles, debido a su autoridad de control limitada a velocidades lentas del motor y acoplamientos aerodinámicos como efectos de pared o suelo ".
Dado que el B2 no utiliza rotores de alta velocidad que emiten ruidos fuertes y de alta frecuencia, es significativamente menos intrusivo que los cuadrotorsores u otros robots aéreos.
"Además de las aplicaciones de construcción, imaginamos robots robóticos de aleteo que operan en espacios reducidos con humanos y más allá de donde los humanos pueden ir", señaló Chung. Por ejemplo, un robot aéreo equipado con un detector de radiación, un sistema de cámara 3D ylos sensores de temperatura y humedad podrían inspeccionar algo así como los reactores nucleares de Fukushima, donde el nivel de radiación es demasiado alto para los humanos, o volar a espacios reducidos como minas o edificios colapsados. Estos robots aéreos altamente maniobrables, con mayor resistencia de vuelo, también harán avancesen el monitoreo y recuperación de infraestructuras críticas como reactores nucleares, redes eléctricas, puentes y fronteras.
"B2 ciertamente todavía no se puede usar para levantar paquetes pesados, pero una versión futura de Bat Bot podría validar los beneficios del vuelo de alas suaves, como la mejora de la eficiencia energética y la seguridad, para la entrega de paquetes habilitados para drones", dijo.
"Finalmente, este robot puede contribuir a los estudios biológicos sobre el vuelo del murciélago", agregó Hutchinson. "Los métodos existentes para la biología se basan en sistemas de captura de movimiento basados en la visión que utilizan sensores de imágenes de alta velocidad para registrar la trayectoria de las articulaciones y las extremidades durante el murciélago".vuelo. Aunque estos enfoques pueden analizar efectivamente la cinemática conjunta de las alas del murciélago en vuelo, no pueden ayudar a comprender cómo los patrones específicos de movimiento del ala contribuyen a una maniobra de vuelo particular de un murciélago. B2 se puede utilizar para reconstruir las maniobras de vuelo de los murciélagos aplicando el movimiento del alapatrones observados en el vuelo de los murciélagos, lo que nos ayuda a comprender el papel de los grados dominantes de libertad de los murciélagos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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