Este dron de Stanford tiene patas de pájaro para posarse

Este dron de Stanford tiene patas de pájaro para posarse

Los ingenieros de la Universidad de Stanford han estado trabajando en un robot que es en parte un dron volador cuadricóptero y en parte un halcón peregrino. La mitad superior del robot se parece a un cuadricóptero común diseñado para volar por el aire. La mitad inferior del dron tiene un par de patas con garras, muy diferente a todo lo que hemos visto en el pasado.

En la mitad inferior del dron, los ingenieros crearon unas patas inspiradas en el halcón peregrino. El objetivo de la creación del robot era permitir que la máquina voladora se posara en una rama como un pájaro. La posibilidad de que un dron vuele y aterrice en un árbol es una mejora significativa respecto a los drones actuales, que suelen necesitar un terreno plano para despegar y aterrizar. Un reto importante en el diseño es la infinita variabilidad de ramas de árboles en las que el robot tendría que poder aterrizar mientras opera en el mundo real.

Los pájaros hacen que volar y aterrizar parezcan fáciles, pero posarse en una rama es particularmente difícil de diseñar en un robot capaz de volar. El reto es que no hay dos ramas iguales. Las ramas difieren en tamaño, forma y textura. Algunas ramas estarán cubiertas de pequeños palos que crecen en su superficie y hojas, mientras que otras pueden estar cubiertas de musgo. Los pájaros no tienen problemas para posarse en cualquier rama que elijan, pero diseñar un robot volador capaz de hacer lo mismo era un reto importante.

El sistema creado por los ingenieros de Stanford se denomina «agarrador aéreo estereotipado inspirado en la naturaleza», abreviado SNAG. Las patas, parecidas a las de un pájaro, permiten al robot volador desplazarse por el cielo como un típico dron, pero le dan la capacidad de transportar objetos y posarse en diversas superficies como un pájaro. En su investigación, los científicos habían estudiado previamente a los loros, que es la segunda especie de loro más pequeña. En esa investigación, los pequeños pájaros volaban de un lado a otro entre perchas especiales de distintos materiales y tamaños.

Las perchas estaban hechas de madera, espuma, papel de lija y teflón. Todas llevaban incorporados sensores que permitían al equipo registrar la fuerza física de agarre cuando los loros aterrizaban y despegaban del material. Cinco cámaras de alta velocidad grabaron los movimientos del ave durante el vuelo y el aterrizaje. Los científicos aprendieron algo sorprendente de su investigación, al descubrir que el pájaro realizaba las mismas maniobras sin importar de qué estuviera hecha la percha.

Durante el aterrizaje, las patas manejaron la variabilidad y la complejidad de la textura de la superficie. Todos los pájaros tienen un comportamiento similar, por eso la S de SNAG es de estereotipado. Al diseñar el robot SNAG, los ingenieros siguieron un enfoque similar al del lorito, haciendo que el robot volador se acercara a todos los préstamos de la misma manera. Sin embargo, las patas del pequeño lorito no servirían para un gran dron cuadricóptero, así que el equipo se decidió por la estructura de las patas del halcón peregrino.

La estructura de las patas de los drones impresa en 3D se perfeccionó a lo largo de 20 iteraciones diferentes. Mientras que el pájaro tiene músculos y tendones que controlan sus patas, las del robot volador se controlan con motores y sedal. Cada pata del sistema tiene un motor que le permite moverse hacia adelante y hacia atrás y un segundo motor que se encarga de la capacidad de agarre.

Los motores y el hilo de pescar se colocaron de forma similar a como se mueven los tendones alrededor de los tobillos de un pájaro. Al igual que en el pájaro, las patas del robot se diseñaron para absorber la energía del impacto del aterrizaje y convertirla en fuerza de agarre. El diseño bioinspirado de las patas del robot dio lugar a una acción de agarre sorprendentemente fuerte y de alta velocidad para los pies que puede cerrarse en 20 milisegundos.

SNAG también tiene tobillos capaces de bloquearse y un acelerómetro en el pie derecho que sabe cuándo aterriza el robot y activa un algoritmo responsable de equilibrarlo en la superficie de aterrizaje. En las pruebas, el sistema de agarre de SNAG fue capaz de atrapar objetos lanzados con la mano, incluidos un muñeco de presa, una bolsa de judías de maíz y una pelota de tenis. Finalmente, se probó el robot volador en un bosque y los ingenieros comprobaron que SNAG se comportaba muy bien.

En el mundo real, su rendimiento fue tan bueno que el equipo decidió que el siguiente paso en el desarrollo del robot se centraría en lo que ocurre antes del aterrizaje para ayudar a mejorar el control del vuelo y el conocimiento de la situación. Antes de decidirse por el diseño final de los pies del robot, el equipo probó dos disposiciones diferentes de los dedos. Una de ellas es la llamada zigodáctilo, caracterizada por un pie con dos dedos en la parte delantera y dos en la trasera, que es la disposición de los pies del loro.

La segunda disposición de los dedos se denomina anisodáctilo, con tres dedos delante y uno detrás, que es la disposición de los dedos del halcón peregrino. Durante las pruebas, el equipo descubrió que había poca diferencia de rendimiento entre las dos disposiciones.

Tras diseñar un dron cuadricóptero capaz de posarse en las extremidades, los ingenieros del proyecto pensaron en algunos usos potenciales para drones de producción similares en el futuro. Uno de los escenarios más probables para los drones de este tipo será la realización de investigaciones medioambientales. Otro uso potencial de este dron y su estructura única es en operaciones de búsqueda y rescate.

Para que el snag fuera más capaz de realizar investigaciones medioambientales, el equipo le colocó un sensor de temperatura y humedad y lo utilizó para registrar detalles del microclima en Oregón. Parte de la motivación para diseñar el dron fue crear herramientas mejoradas para estudiar el mundo que nos rodea.

El dron que crearon los investigadores de Stanford es significativamente diferente de los drones con los que la mayoría de nosotros estamos familiarizados, como los drones DJI Mavic 3 y Mavic 3 Cine que se vincularon a finales de octubre. Investigadores de múltiples instituciones trabajan para mejorar los drones, en gran parte porque tienen mucho potencial en diversos campos.

Otro reto importante que los investigadores de drones están tratando de resolver es dotar a los drones de la capacidad de operar a gran velocidad en entornos desconocidos, una habilidad en la que destacan las aves. Combinar un dron capaz de posarse en una rama de cualquier bosque del mundo con un sistema de IA capaz de permitir que ese dron opere en un bosque denso, desordenado y desconocido, daría como resultado una máquina realmente impresionante.