El robot SNAG, que vuela como un dron y es capaz de sujetarse en las ramas de los árboles, como un pájaro, es el nuevo ingenio diseñado y desarrollado por ingenieros de la Universidad de Stanford, en Estados Unidos.
Al igual que los copos de nieve, no hay dos ramas iguales. Pueden diferir en tamaño, forma y textura; algunos pueden estar mojados o cubiertos de musgo o llenos de brotes. Y, sin embargo, los pájaros pueden posarse sobre cualquiera de ellos.
Esta capacidad fue de gran interés para los laboratorios de los ingenieros de la Universidad de Stanford Mark Cutkosky y David Lentink, ahora en la Universidad de Groningen en los Países Bajos, que han desarrollado tecnologías inspiradas en las habilidades de los animales.
“No es fácil imitar cómo las aves vuelan y se posan”, recuerda William Roderick, que estudió un posgrado en ambos laboratorios. “Después de millones de años de evolución, -añade- hacen que el despegue y el aterrizaje parezcan fáciles, incluso entre toda la complejidad y variabilidad de las ramas de los árboles que se encuentran en un bosque”.
Años de estudio sobre robots inspirados en animales en el Laboratorio Cutkosky y sobre robots aéreos inspirados en aves en el Laboratorio Lentink, permitieron a los investigadores construir su propio robot con esas características, como detallan en Science Robotics.
Robot pájaro entre loro y halcón
En estudios previos sobre loros, los investigadores observaron a estos pájaros cuando volaban de un lado a otro entre perchas especiales mientras se les grababa con cinco cámaras de alta velocidad. Las perchas, que representaban una variedad de tamaños y materiales (madera, espuma, papel de lija y teflón), también contenían sensores que capturaban las fuerzas físicas asociadas con los aterrizajes, posados y despegues de las aves.
“Lo que nos sorprendió fue que hicieron las mismas maniobras aéreas, sin importar en qué superficies aterrizaran”, reconoce Roderick, autor principal de este estudio. “Permiten que las garras manejen la variabilidad y complejidad de la textura de la superficie en sí”. Este comportamiento formulista que se observa en cada aterrizaje de aves es la razón por la que la S en SNAG significa estereotipado.
Al igual que los loros, SNAG se acerca a cada rellano de la misma manera. Pero, para tener en cuenta el tamaño del quadcopter, SNAG se basa en las patas de un halcón peregrino. En lugar de huesos, tiene una estructura impresa en 3D y motores y sedal sustituyen a músculos y tendones.
Cada extremidad tiene su propio motor para moverse hacia adelante y hacia atrás y otro para manejar el agarre. Inspirado en la forma en que los tendones se encaminan alrededor del tobillo en las aves, un mecanismo similar en la pata del robot absorbe la energía del impacto del aterrizaje y la convierte pasivamente en fuerza de agarre.
Posarse y transportar objetos
El resultado es que el robot tiene un embrague especialmente fuerte y de alta velocidad que se puede activar para cerrar en 20 milisegundos. Una vez asido alrededor de una rama, los tobillos de SNAG se bloquean y un acelerómetro en la garra derecha informa que el robot ha aterrizado y activa un algoritmo de equilibrio para estabilizarlo.
Roderick trasladó equipos, incluida una impresora 3D, del laboratorio de Lentink en Stanford a una zona rural de Oregón, donde instaló un laboratorio en el sótano para realizar pruebas controladas. Allí, envió SNAG a lo largo de un sistema de rieles que lanzó el robot a diferentes superficies, a velocidades y orientaciones predefinidas, para ver cómo se desenvolvía en varios escenarios.
Con SNAG en su lugar, Roderick también confirmó la capacidad del robot para atrapar objetos lanzados con la mano, incluido un muñeco de presa, una bolsa de judías y una pelota de tenis. Por último, Roderick y SNAG se aventuraron en un bosque cercano para realizar algunas pruebas en el mundo real.
En general, SNAG funcionó tan bien que los próximos pasos en el desarrollo probablemente se centrarán en lo que sucede antes del aterrizaje, como mejorar el conocimiento de la situación y el control de vuelo del robot.
Un pájaro robot para estudiar el medioambiente
Hay innumerables aplicaciones posibles para este robot, incluida la búsqueda y rescate o el monitoreo de incendios forestales; también se puede adjuntar a tecnologías distintas de los drones. La proximidad de SNAG a las aves también permite una visión única de la biología aviar. Por ejemplo, los investigadores construyeron el robot con dos arreglos de garras diferentes: anisodactyl, que tiene tres al frente y una atrás, como un halcón peregrino, y zygodactyl, que tiene dos al frente y dos atrás, como un loro. Descubrieron, para su sorpresa, que había muy poca diferencia de rendimiento entre los dos.
Para Roderick, cuyos padres son biólogos, una de las aplicaciones posibles más interesantes de SNAG es la investigación medioambiental. Con ese fin, los investigadores también conectaron un sensor de temperatura y humedad al robot, que este científico usó para registrar el microclima en Oregón.
“Parte de la motivación subyacente de este trabajo fue crear herramientas que podamos utilizar para estudiar el mundo natural. Si pudiéramos tener un robot que pudiera actuar como un pájaro, podría desbloquear formas completamente nuevas de estudiar el medio ambiente», explica Roderick.
Lentink, autor principal del artículo, elogia la persistencia de Roderick en lo que resultó ser un proyecto de muchos años. “Realmente fue Will, tras hablar con varios ecologistas en Berkeley hace seis años y luego escribiendo su Beca NSF sobre robots aéreos para el monitoreo ambiental, lo que lanzó esta investigación”, comenta.
«La investigación de Will ha demostrado ser oportuna porque ahora hay un XPRIZE de 10 millones de dólares para este desafío de monitorear la biodiversidad en las selvas tropicales», concluye Lentink.