Este adorable dron de dos patas parece sacado de una película de Hayao Miyazaki

Hasta ahora, la mayoría de los drones que hemos visto siguen los mismos principios de diseño que las aeronaves tradicionales, como aviones y helicópteros. Tienen alas con trenes de aterrizaje o rotores con patines. Algunos hasta se lanzan desde catapultas. Los más ligeros, desde la palma de tu mano. Un equipo de ingenieros de la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) dejó de lado estos principios de diseño para resolver uno de los mayores desafíos de los vehículos aéreos: cómo despegar y aterrizar de manera segura sin necesidad de pistas o equipos adicionales.

Su respuesta fue equipar a los drones con extremidades robóticas que imitan las patas de las aves. El resultado, detallado en un estudio publicado en Nature, es a la vez cómico, adorable y eficiente, con el potencial de revolucionar el diseño de drones en el futuro.

El futuro está aquí con RAVEN, el dron pájaro

RAVEN, acrónimo de Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments (Vehículo Robótico Inspirado en Aves para Múltiples Entornos), es un dron equipado con patas robóticas inspiradas en las aves. Estas patas permiten que el dron realice despegues hasta 10 veces más eficientes que métodos como catapultas o aceleraciones en pista. Al igual que las patas de las aves, estas extremidades permiten operar en terrenos irregulares o con obstáculos.

Con estas patas, RAVEN, el dron puede caminar, saltar y superar obstáculos en tierra, además de ejecutar despegues y aterrizajes más seguros y eficientes. Won Dong Shin, estudiante de doctorado en el Laboratorio de Sistemas Inteligentes de la EPFL y creador del dron, explicó que su inspiración surgió mientras caminaba por el campus universitario. Observó cómo los cuervos usaban sus patas para caminar, saltar sobre obstáculos y despegar. Notó que siempre saltaban para iniciar el vuelo, incluso en situaciones donde podrían haber confiado únicamente en sus alas.

Esta observación lo llevó a formular una hipótesis biomecánica sobre este comportamiento. La evolución natural prioriza la eficiencia energética, por lo que este comportamiento probablemente se traduce en mayor efectividad en la mecánica de despegue.

Aplicando este principio, Shin y su equipo replicaron esta arquitectura en su “cuervo robótico”. El dron está equipado con patas bípedas que tienen articulaciones en la cadera, el tobillo y pies elásticos que almacenan y liberan energía de manera similar a los tendones de las aves. Estas patas no solo brindan estabilidad al caminar, sino que también pueden atravesar espacios de hasta 13 centímetros y superar obstáculos de hasta 25 centímetros de altura.

Superando los métodos convencionales

A diferencia de otros drones que dependen de catapultas o pistas para despegar, RAVEN utiliza sus patas para transiciones rápidas y eficientes del suelo al aire, alcanzando una velocidad inicial de 2.2 metros por segundo en tan solo 0.17 segundos. Para ponerlo en perspectiva, un avión comercial típico alcanza aproximadamente 290 km/h (80 metros por segundo) en 30 segundos; con una aceleración promedio de 2.7 metros por segundo cuadrado. En comparación, RAVEN logra una aceleración de aproximadamente 13 metros por segundo cuadrado.

El mecanismo único de despegue de RAVEN lo hace más rápido y eficiente en términos de energía que un dron convencional, ya que solo requiere un impulso corto para alcanzar la velocidad de vuelo. Aunque hacer comparaciones directas puede ser complicado debido al diseño de cada dron, Shin señaló que los drones con rotores dependen exclusivamente de las hélices tanto para el despegue como para el vuelo, lo que tiende a ser menos eficiente energéticamente.

“El hecho de tener que generar sustentación continua puede llevar a un mayor consumo de energía y tiempos de operación más cortos”, explicó. En contraste, RAVEN puede operar en tierra usando sus patas, lo que podría ser más eficiente que mantener la sustentación con múltiples motores y hélices. “Además, los drones con rotores podrían ser más vulnerables a los daños; un golpe podría dejarlos inoperables. En comparación, RAVEN podría ofrecer mejor resistencia en estas situaciones”, agregó. (RAVEN es solo un prototipo, por lo que aún no se ha probado para transportar cargas).

Aunque el despegue con salto requiere un poco más de energía, es el método más eficiente y rápido para convertir la energía en movimiento cinético y potencial, señaló Shin en su estudio. Las pruebas demostraron que este método no solo es más eficiente, sino también más estable que otros.

Cómo funciona

Cada pata está equipada con articulaciones electromagnéticas, resortes de torsión y resortes en los tobillos y dedos. Estos componentes ligeros y flexibles actúan como amortiguadores y potenciadores del movimiento, almacenando energía mientras camina (como cargar un resorte) y liberándola cuando necesita moverse.

Además, sus dedos flexibles permiten que el dron se adapte a diversos terrenos, garantizando estabilidad mientras está en tierra. Shin enfatizó la importancia de incorporar una articulación elástica pasiva en los dedos. Esto es crucial para habilitar múltiples patrones de movimiento y asegurarse de que el dron pueda saltar en el ángulo correcto para despegar, explicó.

A pesar de su complejidad mecánica, el dron pesa solo 620 gramos, de los cuales 227 gramos corresponden a las patas y sus mecanismos. Este diseño ligero es fundamental para permitir la movilidad tanto terrestre como aérea.

¿Un cambio radical en el diseño de drones?

Mirando hacia el futuro, el equipo de investigación planea agregar más capacidades a las patas, como absorción de impactos para aumentar la precisión en los aterrizajes. La etapa final de este diseño biomimético involucrará la integración de sistemas de percepción impulsados por IA para aterrizajes autónomos.

El estudio también destaca que estas patas robóticas no están limitadas a máquinas pequeñas. Los ingenieros dijeron que pueden escalarse para drones más grandes capaces de transportar cargas. Shin cree que esto es factible, aunque algunos componentes deberán rediseñarse para mantener la eficiencia en drones más pesados.

Yo, por mi parte, doy la bienvenida a un mundo donde nuestros futuros drones voladores se parezcan a criaturas fantásticas increíblemente adorables, como sacadas de una película de Hayao Miyazaki.