Robots como pájaros

Varias personas han quedado atrapadas en un edificio en llamas. Su estructura amenaza con desplomarse mientras crece el temor a las fugas de gases tóxicos. No hay tiempo que perder. Alguien tiene que actuar para evitar la tragedia, aunque el entorno no es precisamente alentador para un ser humano. ¿Y para un máquina? La respuesta de la comunidad robótica no deja lugar a dudas. Este tipo de rescate se beneficiará en el futuro de cuadrillas de voluntarios que volarán, literalmente, a apoyar la actuación de los servicios de emergencia. Gracias a la estabilidad y a la maniobrabilidad a baja velocidad que confiere el batir de las alas respecto al vuelo con apéndices fijos, una flota de robots voladores se encargará de dar los primeros pasos del rescate. Su aleteo les permitirá evadir cómodamente los escombros en espacios angostos, trazar un mapa tridimensional del escenario donde hay que actuar, reconocer el estado de las personas accidentadas y establecer un valioso flujo de información con el equipo de rescate. Todo ello, de una manera tan veloz como autónoma.

Las gaviotas ya han dado la bienvenida a su primera hermana de imitación

La pretensión de volar batiendo las alas es el sueño que se acabó cuando los hermanos Wright pilotaron el primer vuelo con motor, y que renace ahora con una nueva generación de robots aéreos. La estrategia de los científicos para reproducir el aleteo en sus máquinas voladoras se basa en la imitación de los eficientes y funcionales modelos de vuelo que la propia naturaleza ha desarrollado. Las aves, los insectos y hasta los murciélagos son las nuevas musas de la ingeniería biológicamente inspirada, una moda prometedora. “Gracias al desarrollo de nuevas tecnologías, la comunidad robótica ha desarrollado un gran interés por crear prototipos que se asemejen más a la naturaleza, y no solamente en lo que respecta a la robótica aérea, sino también en cuanto al desarrollo de humanoides”, explica Julián Colorado, investigador de la Universidad Politécnica de Madrid.

Mente de silicio, alas de murciélago
El grupo de Robótica y Cibernética de la Universidad madrileña, en el que trabaja el ingeniero electrónico, no se ha quedado al margen de la exploración científica de las diversas modalidades de vuelo. Su aportación a este campo es un microrrobot aéreo que imita al murciélago Pteropus poliocephalus. “Los murciélagos perciben de una manera muy peculiar el flujo de aire que pasa por sus alas gracias a unos micropelos que se extienden a lo largo de la membrana. En función de ese flujo, son capaces de disponer diferentes formas del ala para generar la mayor cantidad de sustentación y reducir la fricción aerodinámica”, detalla Colorado.

BaTboT reproduce esta fascinante característica mediante un entramado de finas fibras, hilos minúsculos que recuerdan al pelo humano y que se contraen cuando reciben una corriente eléctrica. El material se conoce como Shape Memory Alloys (aleaciones con memoria de forma, en español), y ha permitido a los investigadores forjar una idea que “sigue el principio de funcionamiento de nuestras células musculares. El cerebro genera señales eléctricas, las fibras musculares se contraen y son capaces de mover la articulación del bíceps o del tríceps, por ejemplo”.

Las plumas son el santo grial de los ingenieros que se inspiran en la naturaleza

Unos dos años de investigación sobre cómo generar mayor densidad de energía podrían ser suficientes para tener un prototipo plenamente funcional. El resultado que Colorado espera conseguir es un murciélago robótico que sea capaz de funcionar de una manera totalmente autónoma durante media hora, como mínimo.

Lo que no pretende copiar de su modelo animal es la reacción de las personas frente a estos mamíferos. Más bien, espera que su pequeña creación despierte un sentimiento opuesto. “En el Grupo de Robótica y Cibernética buscamos aplicaciones del tipo de exploración y rescate, algo que sea de ayuda a la sociedad”, concluye optimista el doctor en Robótica.

Las diminutas piezas del progreso
Probablemente, no te darías cuenta de que te encuentras ante un gran progreso de la microrrobótica aérea aunque te lo cruzases en el salón de tu casa. Se trata de un robot made in USA que ha visto la luz en el Laboratorio de Microrrobótica de la Universidad de Harvard. El invento atrajo las miradas de todo el mundo en 2007, cuando los investigadores de esta institución estadounidense consiguieron que despegara la primera mosca robótica de tamaño natural. Sus creadores son como exploradores en tierras desconocidas. Al fin y al cabo, si pretendes construir un objeto capaz de volar imitando el aleteo de un insecto, no te valen los avances de la aeronáutica. Y si el tamaño de la máquina es el de una mosca, la fabricación de cada pieza y de cada sistema es, por sí misma, todo un reto.

Tras la puerta que han abierto los científicos de Harvard ya se vislumbran sugerentes avances. Para muestra, uno de los proyectos más interesantes del laboratorio en el campo de los insectos voladores: la creación de una abeja robótica que imite el comportamiento del insecto, tanto a nivel individual como social. El objetivo es fabricar todo un enjambre capaz de llevar a cabo las mismas tareas complejas que una colonia de abejas. Eso sí, pendiente de las órdenes humanas.

Las funciones que el proyecto RoboBee pretende cubrir van más allá de la exploración y del rescate. Las abejas robóticas, convenientemente conectadas entre sí, podrían hacer labores de vigilancia, de monitorización del tráfico y de mapeo de las condiciones climáticas en alta resolución. En el futuro, si paseas por el campo, podrías toparte con una colonia de abejas de antenas metálicas enfrascadas en polinizar las cosechas que llegarán a tu mesa.

Biología elegante
Los gansos no tendrían fama de patosos si no los criásemos en granjas. En el aire, su elegancia es comparable a la de las demás aves. Ese baile aéreo con el que se mueven los pájaros fascina e inspira, a partes iguales, a biólogos como Bret Tobalske, del Laboratorio de Vuelo de la Universidad de Montana: “Como el aleteo debe lograr tanto sustentar como propulsar al pájaro, los movimientos son extremadamente complejos. Al mismo tiempo, son estéticamente agradables y fascinantes”, reflexiona. Quizá por eso, volar como los pájaros es un empeño que el ser humano se resiste a olvidar pese a todos los huesos rotos en el intento. Después de mucho trabajo, los adelantos tecnológicos han guiado el camino a los primeros éxitos, que han llegado en forma de pequeños pájaros sin piloto.

La evolución ha dotado a los pájaros de una musculatura motora extremadamente potente y resistente. Su estructura ósea es especialmente ligera, incluso incluye huesos huecos. Su sistema respiratorio es muy eficiente, mucho más que el de los mamíferos. Además, sus plumas son “sorprendentemente ligeras, duras y flexibles. También son reemplazables. Estos rasgos son la envidia de los ingenieros que buscan desarrollar robots biológicamente inspirados”, opina Tobalske.

El objetivo más importante de estos ingenieros es aumentar la versatilidad de sus máquinas aéreas. “Las aves tienen un control exquisito de la posición de su cuerpo durante el vuelo. Sus cerebros y los sistemas nerviosos integrados constituyen un sofisticado ordenador que permite desplegar un diverso abanico de maniobras”. Desvelar la coreografía voladora de los pájaros ocupa buena parte del tiempo de Tobalske. El investigador ha estudiado numerosas especies de aves para determinar la relación entre el tamaño y la ejecución del vuelo, así como la repercusión de intercalar períodos de aleteo con otros movimientos, como el planeo y la suspensión en el aire. Para ello cuenta, entre otras cosas, con cámaras de vídeo capaces de grabar 1.000 imágenes por segundo y de trazar una secuencia tridimensional del movimiento, con un sistema láser que revela cómo se comporta el aire alrededor de un pájaro, con unos sensores que les implanta temporalmente para medir la fuerza, el trabajo y la potencia de los músculos durante el vuelo…

Si los pájaros pueden llegar a cruzar un océano sin detenerse, aprovechar a su favor las corrientes más agresivas, mantener una estabilidad desconocida para un helicóptero y sacar el máximo rendimiento a la energía, las ventajas de imitar su vuelo son inimaginables. Tanto como para borrar la frontera humana entre soñar y volar.