Hasta ahora se daba, en el campo de la robótica, la dicotomía de que los drones diseñados para caminar eran muy pesados para saltar (menos aún para volar) y los drones, especializados en vuelo, eran muy limitados en su construcción como para ser capaces de dar unos pasos siquiera. La llegada de RAVEN, un dron que corre para despegar, ha cambiado eso.

Un equipo liderado por Dario Floreano, del Laboratorio de Sistemas Inteligentes (LIS) de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), es el responsable de RAVEN (siglas de Vehículo Robótico Inspirado en Aves para múltiples entornos). Diseñado a partir de aves posadas como cuervos y grajos que cambian con frecuencia entre el aire y la tierra, las patas robóticas multifuncionales le permiten despegar de forma autónoma en entornos previamente inaccesibles para los drones alados.

“Los pájaros fueron la inspiración para los aviones en primer lugar, y los hermanos Wright hicieron realidad este sueño, pero incluso los aviones de hoy en día todavía están muy lejos de lo que los pájaros son capaces de hacer – explica Won Dong Shin, uno de los responsables de RAVEN, en un comunicado -. Las aves pueden pasar de caminar a correr, al aire y viceversa, sin la ayuda de una pista o un lanzador. En la robótica aún faltaban plataformas de ingeniería para este tipo de movimientos”.

El diseño de RAVEN tiene como objetivo maximizar la diversidad de la marcha y minimizar la masa. Inspirado por las proporciones de las patas de las aves, Shin diseñó un conjunto de patas aviares personalizadas y multifuncionales para un dron de ala fija. Utilizó una combinación de modelos matemáticos, simulaciones por ordenador e iteraciones experimentales para lograr un equilibrio óptimo entre la complejidad de las patas y el peso total del dron (0,62 kg).

La pata resultante mantiene los componentes más pesados ​​cerca del "cuerpo", mientras que una combinación de resortes y motores imita los poderosos tendones y músculos de las aves. Los pies ligeros inspirados en las aves compuestos por dos estructuras articuladas aprovechan una articulación elástica pasiva que admite diversas posturas para caminar, saltar y dar saltos.

“Adaptar las patas y los pies de las aves a un sistema robótico ligero nos planteó problemas de diseño, integración y control que las aves han resuelto con elegancia a lo largo de la evolución – añade Floreano -. Esto nos llevó no solo a idear el dron alado más multimodal hasta la fecha, sino también a arrojar luz sobre la eficiencia energética del salto para despegar tanto en aves como en drones”. El proceso se ha publicado en Nature.

El diseño único de RAVEN le permite caminar, atravesar huecos en el terreno e incluso saltar a una superficie elevada de 26 centímetros de altura. Los científicos también experimentaron con diferentes modos de inicio del vuelo, incluido el despegue desde cero y en caída, y descubrieron que saltar para iniciar el vuelo hacía el uso más eficiente de la energía cinética (velocidad) y la energía potencial (ganancia de altura).

Los resultados ofrecen un diseño liviano para drones alados que pueden moverse en terrenos accidentados y despegar desde ubicaciones restringidas sin intervención humana. Estas capacidades permiten el uso de dichos drones en inspección, mitigación de desastres y entrega en áreas confinadas.

“Las alas de las aves son el equivalente a las patas delanteras de los cuadrúpedos terrestres, pero se sabe poco sobre la coordinación de las patas y las alas en las aves, por no hablar de los drones. Estos resultados representan solo un primer paso hacia una mejor comprensión de los principios de diseño y control de los animales voladores multimodales, y su traducción a drones ágiles y energéticamente eficientes”, concluye Floreano.