¿Qué puede volar como un pájaro y flotar como un insecto?

Los colibríes amigables de tu vecindario. Si los drones tuvieran este combo, podrían maniobrar mejor a través de edificios derrumbados y otros espacios abarrotados para encontrar víctimas atrapadas.

Los investigadores de la Universidad de Purdue han diseñado robots voladores que se comportan como colibríes, entrenado por algoritmos de aprendizaje automático basados ​​en varias técnicas que el ave usa naturalmente todos los días.

Esto significa que después de aprender de una simulación, el robot "sabe" cómo moverse por sí solo como lo haría un colibrí, como discernir cuándo realizar una maniobra de escape.

Inteligencia artificial, combinado con alas batientes flexibles, también permite que el robot se enseñe a sí mismo nuevos trucos. Aunque el robot todavía no puede ver, por ejemplo, detecta al tocar superficies. Cada toque altera una corriente eléctrica, que los investigadores se dieron cuenta de que podían rastrear.

"Básicamente, el robot puede crear un mapa sin ver su entorno. Esto podría ser útil en una situación en la que el robot podría estar buscando víctimas en un lugar oscuro, y significa un sensor menos para agregar cuando le damos al robot la capacidad de ver, "dijo Xinyan Deng, profesor asociado de ingeniería mecánica en Purdue.

Los investigadores presentarán su trabajo el 20 de mayo en la Conferencia Internacional IEEE sobre Robótica y Automatización 2019 en Montreal.

Los drones no se pueden hacer infinitamente más pequeños, debido a la forma en que funciona la aerodinámica convencional. No podrían generar suficiente sustentación para soportar su peso.

Pero los colibríes no utilizan la aerodinámica convencional y sus alas son resistentes. "La física es simplemente diferente; la aerodinámica es inherentemente inestable, con altos ángulos de ataque y gran sustentación. Esto hace posible que los animales voladores para existir, y también es posible que reduzcamos los robots de alas aleteando, "Dijo Deng.

Los investigadores han intentado durante años decodificar el vuelo de los colibríes para que los robots puedan volar donde los aviones más grandes no pueden. En 2011, la empresa AeroVironment, encargado por DARPA, una agencia dentro del Departamento de Defensa de EE. UU., construyó un colibrí robótico que era más pesado que uno real pero no tan rápido, con controles de vuelo tipo helicóptero y maniobrabilidad limitada. Se requería que un humano estuviera detrás de un control remoto en todo momento.

El grupo de Deng y sus colaboradores estudiaron a los colibríes ellos mismos durante varios veranos en Montana. Documentaron maniobras clave de colibrí, como hacer un giro rápido de 180 grados, y los tradujo a algoritmos informáticos de los que el robot podía aprender cuando se conectaba a una simulación.

Los estudios adicionales sobre la física de los insectos y los colibríes permitieron a los investigadores de Purdue construir robots más pequeños que los colibríes, e incluso tan pequeños como los insectos, sin comprometer la forma en que vuelan. Cuanto menor sea el tamaño, cuanto mayor sea la frecuencia de aleteo, y cuanto más eficientemente vuelan, Dice Deng.

Los robots tienen cuerpos impresos en 3-D, alas de fibra de carbono y membranas cortadas con láser. Los investigadores han construido un robot colibrí que pesa 12 gramos (el peso de un colibrí magnífico adulto promedio) y otro robot del tamaño de un insecto que pesa 1 gramo. El robot colibrí puede levantar más que su propio peso, hasta 27 gramos.

El diseño de sus robots con mayor elevación les da a los investigadores más margen de maniobra para eventualmente agregar una batería y tecnología de detección. como una cámara o un GPS. En la actualidad, el robot debe estar atado a una fuente de energía mientras vuela, pero eso no será por mucho más tiempo, dicen los investigadores.

Los robots podrían volar silenciosamente como lo hace un colibrí real, haciéndolos más ideales para operaciones encubiertas. Y se mantienen firmes a través de la turbulencia que los investigadores demostraron probando las alas escaladas dinámicamente en un tanque de aceite.

El robot requiere solo dos motores y puede controlar cada ala independientemente de la otra, así es como los animales voladores realizan maniobras muy ágiles en la naturaleza.

"Un colibrí real tiene varios grupos de músculos para realizar movimientos de potencia y dirección, pero un robot debe ser lo más ligero posible, para que tenga el máximo rendimiento con un peso mínimo, "Dijo Deng.

Los colibríes robóticos no solo ayudarían con las misiones de búsqueda y rescate, pero también permiten a los biólogos estudiar de manera más confiable a los colibríes en su entorno natural a través de los sentidos de un robot realista.

"Aprendimos de la biología para construir el robot, y ahora los descubrimientos biológicos pueden ocurrir con la ayuda adicional de los robots, "Dijo Deng.

Las simulaciones de la tecnología están disponibles en código abierto en https://github.com/purdue-biorobotics/flappy.

Primeras etapas del trabajo, incluidos los experimentos de colibrí de Montana en colaboración con el grupo de Bret Tobalske en la Universidad de Montana, fueron financiados por la National Science Foundation.