'PigeonBot', el primer robot que puede doblar sus alas como un pájaro real

Nuevas ideas sobre el vuelo podrían allanar el camino para robots aéreos más ágiles

Las palomas pueden considerarse ratas del cielo, pero algunos científicos han encontrado un mayor valor en estas aves urbanas: el modelo para una nueva generación de máquinas voladoras.

Las aves pueden modificar la forma de sus alas desplegando sus plumas o arrastrándolas más cerca. Esos ajustes permiten a las aves atravesar el cielo de manera más ágil que los drones rígidos. Ahora, utilizando nuevas ideas sobre cómo controlan las articulaciones de las palomas la extensión de las plumas de sus alas, los investigadores han construido una paloma robótica, llamada PigeonBot, cuyas alas emplumadas cambian de forma como el verdadero ave.

Esta investigación allana el camino para crear aviones más ágiles, dice Dario Floreano, un robotista de la Escuela Politécnica Federal de Lausana en Suiza que no participa en el trabajo.

Con alas de pájaro, las máquinas aerotransportadas podrían hacer giros más cerrados en espacios desordenados, como alrededor de edificios o bosques, y podrían navegar mejor por el aire áspero, dice Floreano. El nuevo robot, descrito el 16 de enero en Science Robotics, también ofrece una forma de estudiar los aspectos básicos del vuelo de los pájaros sin experimentos con animales.

Los investigadores doblaron y extendieron alas de las palomas muertas para investigar cómo controlan las aves la forma de sus alas. Esos experimentos revelaron que los ángulos de las dos articulaciones del ala, la muñeca y el dedo, afectan la alineación de las plumas de vuelo de un ala. Las orientaciones de esas plumas largas y rígidas, que sostienen al pájaro en vuelo, ayudan a determinar la forma del ala. En base a esos hallazgos, el equipo construyó un robot con plumas de paloma reales, cuyas muñecas y dedos falsos pueden cambiar su forma de ala como se ve en los cadáveres de palomas.

Formación de plumas

Las aves, como las palomas, cambian la forma de sus alas en pleno vuelo al doblar las articulaciones de sus muñecas y dedos para doblar las plumas de sus alas o separarlas más. Esos ajustes ayudan a las aves a hacer giros cerrados y maniobrar a través de la turbulencia.

Además de sentar las bases para construir drones más elegantes, "lo que es realmente genial de este robot es que puedes hacer manipulaciones en un ala de robot que nunca podrías hacer o querer hacer en un pájaro" para estudiar el vuelo, dice David Lentink, un ingeniero y biólogo en la Universidad de Stanford.

Por ejemplo, Lentink se preguntó si una paloma podría dirigirse solo doblando la articulación del dedo de su ala izquierda o derecha. "El problema es, por supuesto, que realmente no sé cómo entrenar a un pájaro para que simplemente mueva su dedo, y en realidad soy muy bueno en el entrenamiento de las aves", dice por teléfono, mientras dos pájaros cantan en el fondo.

Una paloma robótica controlable resuelve ese problema. En las pruebas de vuelo, el equipo de Lentink observó que al doblar solo el dedo de una de las alas, el robot giró en un giro inclinado, ofreciendo la primera evidencia de que las aves a veces pueden usar solo sus dedos para conducir en vuelo.

Imagen: Con dos articulaciones flexibles, muñeca y dedo, las alas de una nueva paloma robótica pueden doblarse en diferentes formas (tres opciones superpuestas entre sí, arriba).

En un segundo estudio, publicado en la revista Science del 17 de enero , el grupo de Lentink utilizó su diseño robótico de alas para confirmar otra idea del vuelo de las aves: cómo se evita que se formen huecos entre las plumas de las alas extendidas. En experimentos que implicaron frotar una pluma de ave sobre la parte superior de otra, para imitar las plumas de vuelo superpuestas, los investigadores descubrieron que dos plumas inicialmente se separaron fácilmente, pero luego se engancharon entre sí. El escaneo de imágenes de microscopía electrónica y de rayos X reveló que pequeños ganchos que sobresalen de la parte superior de una pluma se enganchan en las crestas de la parte inferior de la otra cuando se deslizan demasiado. Esos ganchos microscópicos se desatan cuando las plumas se vuelven a juntar.

“Ese es el secreto. Tienen este velcro direccional que mantiene las plumas juntas", dice Lentink.

Para confirmar el efecto de estas microestructuras, los investigadores rotaron las plumas en su robot para que no se deslizaran unas contra otras cuando se extendían las alas. En las pruebas de túnel de viento y vuelo al aire libre, se formaron espacios entre las plumas en las alas modificadas del robot, lo que socava la estabilidad de las alas.

Este es el mejor conjunto de alas robóticas para probar cómo las aves coordinan sus plumas de vuelo para maniobrar por el aire, dice Tyson Hedrick, un biomecánico de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill que no participa en el trabajo. Pero "hay mucho margen de mejora". Por ejemplo, un futuro robot volador podría incluir una articulación del hombro, para investigar cómo influye en el vuelo inclinar las alas de un pájaro hacia arriba y hacia abajo, dice.

Referencias:

E. Chang et al. Soft biohybrid morphing wings with feathers underactuated by wrist and finger motion. Science Robotics. Published January 16, 2020. doi:10.1126/scirobotics.aay1246.

L.Y. Matloff et al. How flight feathers stick together to form a continuous morphing wing. Science. Vol. 367, January 17, 2020, p. 293. doi:10.1126/science.aaz3358.