Drones que vuelan y aterrizan como pájaros

Con sus plumas rojas y la geometría variable de sus alas, el dron ‘halcón’ trata de imitar la agilidad de vuelo de las aves. EPFL/Alain Herzog

Un dron helicóptero es ágil y maniobrable, pero un dron halcón podría volar durante mucho más tiempo e incluso posarse en un cable para recargar su batería. El Laboratorio de Sistemas Inteligentes (LIS) de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) lleva más de 15 años inspirándose en la naturaleza.

“Nuestras máquinas no se parecen necesariamente a la naturaleza, sino que son más bien un intento de transcripción de la naturaleza, tanto en el modelo físico de las máquinas como en la forma de pensar”, explica Darío Floreano, director del LISEnlace externo y del Centro Nacional de Competencia en Investigación (NCCR) RobóticaEnlace externo.

Las máquinas se prueban primero en el sótano del laboratorio. Una sala tan alta como un gimnasio y tan grande como la mitad de una cancha de baloncesto, con redes flexibles que forman una inmensa jaula con sensores en las paredes que da la impresión de ser un estudio de efectos especiales de Hollywood. En una esquina de la sala hay un túnel de viento con varias hélices, que puede simular casi cualquier tipo de viento que pueda existir en el exterior.

Al principio, los expertos se inspiraron en los insectos. Para que sus microdrones pudieran volar en enjambres, por ejemplo, y de forma autónoma, los dotaron de ojos compuestos y un cerebro electrónico, lo que les permitió evitar los obstáculos sin necesidad de un piloto humano.

“Pero nos dimos cuenta de que, incluso con el mejor sistema de visión, los drones no eran capaces de esquivar todo y llegaban a colisionar”, señala el profesor. De hecho, los insectos y las aves chocan a veces también contra obstáculos. Aunque estas colisiones no les hacen caer, ya que sus cuerpos son capaces de absorber los impactos gracias a los exoesqueletos, que son flexibles, al igual que sus alas.

A Darío Floreano le encantan las máquinas bonitas, y no sólo las robóticas, como su Telecaster. NCCR Robotics

Hechos a semejanza de los pájaros…

Darío Floreano y su equipo decidieron centrarse entonces en los materiales. El desarrollo de materiales blandos es uno de los principales retos de la robótica, y no sólo para los drones. Una mano de metal, por ejemplo, nunca podrá agarrar un objeto o interactuar con una persona con la misma suavidad y precisión que una mano humana, que es a la vez rígida y flexible.

Desde 2018, los investigadores del LIS cuentan con otra fuente de inspiración además de los insectos : las aves. El dron halcón, uno de los principales proyectos del laboratorio, está compuesto de materiales ultraligeros y sus alas pueden cambiar de posición, plegarse e inclinarse como las de las aves, ya que están hechas de plumas artificiales. “El uso de productos naturales significaría tener que matar aves para obtenerlos, y no estábamos dispuestos a ello”, añade Darío Floreano. No obstante, el robot halcón no bate sus alas como puede hacerlo un pájaro, sino que es impulsado por una pequeña hélice en su nariz.

“Paso a paso”, modera el profesor. Los músculos que permiten a las aves batir sus alas son de lo más eficaz que existe en la naturaleza. No obstante, la hélice proporciona más potencia. Sin embargo, gracias a su capacidad para cambiar la forma de sus alas y cola durante el vuelo, el dron halcón es más ágil que otros drones con alas y tiene hasta el doble de alcance que un dron helicóptero del mismo peso.

El siguiente reto al que se enfrenta Darío Floreano y su equipo es hacer frente a la capacidad de volar en condiciones meteorológicas adversas. “Algunas aves son capaces de mantenerse en vuelo incluso con vientos fuertes adaptando la forma de sus alas para no desestabilizarse. Nuestra investigación actual pretende explotar la morfología adaptativa de nuestros drones con un sistema de control inteligente para volar en condiciones en las que ningún otro dron podría volar”, explica el profesor.

Garras artificiales

Después de pensar en el vuelo, el siguiente paso fue bastante lógico. Si el dron vuela como un pájaro, ¿no podría también caminar y aterrizar como un pájaro? Así que el LIS comenzó a desarrollar garras robóticas que pudieran tanto ser planas para caminar por el suelo como redondeadas para recoger objetos o poder posarse en ellos.

Y eso no es todo. “Esas garras le permitirían también aterrizar en una rama y, para más adelante, estamos planeando enseñarle a aterrizar en un cable eléctrico para recargar su batería”, explica William Stewart, becario posdoctoral del LIS. Por el momento, él y sus compañeros siguen luchando con esas garras artificiales bastante caprichosas, sobre todo cuando se trata de hacer que el ‘halcón’ se pose en el suelo.

La investigación incluye también mucho trabajo con los software (programas de ordenador). “Con la hélice, las alas y la cola que puedan orientarse en varios planos y las garras, uno puede imaginarse cómo será el control remoto de nuestros drones. Así que nuestro objetivo es desarrollar soluciones a través de la inteligencia artificial para simplificar todo eso”, explica Darío Floreano.

Halcón en misión

>> Con su esbelto fuselaje negro, su cola y sus alas rojas emplumadas, el halcón tiene un buen aspecto, especialmente durante el vuelo.

Pero, ¿para qué se utilizarán? “Su misión principal será en el ámbito de la agricultura y la vigilancia del medio ambiente”, responde Darío Floreano. “Después, tal vez, le siga la entrega a larga distancia. De nuevo, paso a paso. Por el momento, nuestros drones se utilizan principalmente para observar”. 

Drones que hace tiempo salieron del laboratorio. Ya en 2009, LIS creó SenseFlyEnlace externo, que se ha convertido en uno de los líderes mundiales de drones de reconocimiento y cartografía, y que ahora forma parte del grupo estadounidense AgEagleEnlace externo, aunque mantiene su sede en el cantón de Vaud.

Después, en 2014, nació FlyabilityEnlace externo, que se ha convertido también en líder en inspección de lugares inaccesibles, con drones que pueden manejarse fácilmente dentro de un depósito, bajo un puente o en una cueva, sin necesidad de una licencia de piloto.

>> El dron Flyability explora una grieta en el glaciar de Zermatt