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El vuelo de los robots libélula
Algún día, el ejército de los EE. UU. Espera usar pequeños robots voladores, equipados con cámaras y sensores, para la vigilancia. Pero estos robots tendrían que ser capaces de sortear obstáculos, cargar peso y ser lo suficientemente eficientes como para volar durante largos períodos de tiempo. Un grupo de investigadores cree que la clave para hacer tal robot podría estar en la libélula.
Batiendo alas: Los científicos de la Universidad de Ulm utilizaron una libélula robótica, de unos 10 centímetros de altura, sumergida en líquido para medir las fuerzas del aire alrededor de las alas de la libélula. Las líneas verdes alrededor del motor son láseres que se reflejan en las burbujas de aire, lo que indica las fuerzas de elevación aerodinámicas creadas por las alas.
Las libélulas son una de las pocas criaturas que utilizan cuatro alas controladas de forma independiente para volar, lo que les permite flotar, lanzarse, deslizarse, moverse hacia atrás y cambiar de dirección rápidamente. Para comprender tales habilidades, los científicos del Royal Veterinary College, en Inglaterra, y la Universidad de Ulm, en Alemania, han desarrollado una libélula robótica para medir los flujos de corriente por encima y por debajo de las alas en diferentes ciclos de aletas. Si bien la mayoría de los escenarios de vuelo estacionario de libélulas no fueron eficientes, el equipo descubrió que si las alas inferiores batían ligeramente por delante de las alas superiores, el doble juego de alas resulta más eficiente para generar sustentación, empleando un 22 por ciento menos de potencia para levantar el mismo peso. como un solo par.
La única ventaja específica que obtienes en cuatro alas es la maniobrabilidad y la capacidad de elegir cosas en el aire y flotar y dar vueltas, dice Jonathan cómo , profesor del MIT que trabaja en robots voladores pero que no participó en el proyecto de la libélula. Sería realmente asombroso si pudiéramos construir algo que se acercara a ese nivel de rendimiento. Si puede lograr el mismo levantamiento a una potencia menor, eso es útil.
A pesar de sus ventajas potenciales, los pequeños robots voladores que imitan la agilidad de las libélulas no se han fabricado con éxito, en parte debido a la complejidad de la aerodinámica alrededor de las cuatro alas y también debido a problemas de fabricación relacionados con las pequeñas máquinas voladoras. Sin embargo, los estudios del movimiento de las alas y las fuerzas aéreas que revelan cómo las libélulas alcanzan su agilidad pueden permitir a los roboticistas construir eventualmente volantes capaces y rápidos que usan cuatro alas.
Multimedia
Observe el movimiento del ala de una libélula robótica cuando se sumerge en aceite.
Para medir las corrientes de aire, los investigadores de Ulm sumergieron a la libélula robótica en un tanque lleno de aceite mineral y salpicado de burbujas de aire. Dos láseres verdes se combinaron y se reflejaron en las burbujas de aire mientras una cámara de alta velocidad tomaba imágenes con una separación de 10 a 20 milisegundos. Al comparar imágenes, los científicos calcularon la dirección del flujo para las regiones dentro del tanque.
En términos de sistemas de cuatro alas versus sistemas de dos alas para un microvehículo aéreo biomimético, es una compensación, dice Fritz-Olaf Lehmann , investigador de la Universidad de Ulm que trabajó en el estudio. Con un sistema de cuatro alas, las desventajas son la necesidad de un sistema de control adicional y potencia adicional. Sin embargo, un sistema con dos alas debe incorporar formas de cambiar el ángulo, la amplitud y la frecuencia del aleteo de las alas para cambiar la sustentación, dice Lehmann. Por el contrario, con cuatro alas, puede avanzar un sistema de vuelo contra el otro y luego cambiar la producción de sustentación, dice. Creo que eso facilita mucho la construcción de un microvehículo aéreo.
Al crear un microvehículo aéreo autónomo, cada pedacito de eficiencia cuenta, dice Robert Wood , profesor de la Universidad de Harvard que ha desarrollado algunos de los robots voladores más pequeños. Podría argumentar que si tiene un vehículo de cuatro alas, tendrá más [control] para ayudarlo en la estabilización, dice.
Michael Dickinson , profesor de Caltech que trabaja en la comprensión e imitación del vuelo de las moscas, dice que el interés por las libélulas está creciendo y que el artículo de Lehmann no es el primero que contiene este tipo de análisis, sino uno en una compuerta de artículos. Si bien el estudio podría contribuir a la comprensión de la aerodinámica sutil del vuelo de cuatro alas, Dickinson señala que los investigadores aún deben desarrollar una batería mejor y más liviana que impulse el vehículo y haga un sistema de control efectivo.