Bajo la atenta mirada de cinco cámaras de alta velocidad, un pequeño pájaro azul pálido llamado Gary espera la señal para volar. Diana Chin, estudiante de posgrado en la Universidad de Stanford y entrenador de Gary, señala con el dedo una percha a unas 20 pulgadas de distancia. El problema aquí es que la percha está cubierta de teflón, haciéndolo aparentemente imposible de agarrar de manera estable.

El aterrizaje exitoso de Gary en el teflón, y en otras perchas de diferentes materiales, está enseñando a los investigadores cómo podrían crear máquinas que aterrizan como un pájaro.

"Los robots aéreos modernos suelen necesitar una pista o una superficie plana para despegar y aterrizar fácilmente. Para un pájaro, casi en todas partes hay un lugar de aterrizaje potencial, incluso en las ciudades, "dijo Chin, que forma parte del laboratorio de David Lentink, profesor asistente de ingeniería mecánica. "Realmente queríamos entender cómo logran eso y las dinámicas y fuerzas involucradas".

Incluso los robots más avanzados no se acercan a la capacidad de agarre de los animales cuando tratan con objetos de diferentes formas. tamaños y texturas. Entonces, los investigadores recopilaron datos sobre cómo Gary y otras dos aves aterrizan en diferentes tipos de superficies, incluyendo una variedad de perchas naturales y perchas artificiales cubiertas de espuma, papel de lija y teflón.

"Esto no es muy diferente a pedirle a una gimnasta olímpica que aterrice en barras altas cubiertas de teflón sin marcar sus manos con tiza, "dijo Lentink, quien es el autor principal del artículo. Todavía, los loros hicieron sin esfuerzo lo que parece casi imposible para un humano.

La investigación del grupo, publicado el 6 de agosto en eLife , También incluyó estudios detallados de la fricción producida por las garras y patas de las aves. De este trabajo, Los investigadores descubrieron que el secreto de la versatilidad de la percha del loro está en el agarre.

"Cuando miramos a una persona corriendo, una ardilla saltando o un pájaro volando, está claro que tenemos un largo camino por recorrer antes de que nuestra tecnología pueda alcanzar el complejo potencial de estos animales, tanto en términos de eficiencia como de atletismo controlado, "dijo William Roderick, un estudiante de posgrado en ingeniería mecánica en el laboratorio Lentink y el laboratorio de Mark Cutkosky, la Cátedra Fletcher Jones en la Escuela de Ingeniería. "Mediante el estudio de los sistemas naturales que han evolucionado durante millones de años, podemos hacer grandes avances hacia la construcción de sistemas con capacidades sin precedentes ".

(No) pegar el aterrizaje

Las perchas en esta investigación no eran las existencias promedio de una tienda de mascotas. Los investigadores los dividieron en dos, longitudinal, en el punto que aproximadamente se alinea con el centro del pie de un papagayo. En lo que respecta al pájaro, las perchas se sentían como una sola rama, pero cada mitad estaba encima de su propio sensor de fuerza / torsión de 6 ejes. Esto significó que los investigadores pudieron capturar las fuerzas totales que el ave puso en la percha en muchas direcciones y cómo esas fuerzas diferían entre las mitades, lo que indicaba la fuerza con la que apretaban las aves.

Después de que los pájaros aletearon a las nueve perchas de varios tamaños con detección de fuerza, suavidad y deslizamiento, el grupo comenzó a analizar las primeras etapas de aterrizaje. Comparando diferentes superficies de perchas, esperaban ver diferencias en la forma en que los pájaros se acercaban a la percha y la fuerza con la que aterrizaban, pero eso no es lo que encontraron.

"Cuando procesamos por primera vez todos nuestros datos sobre la velocidad de aproximación y las fuerzas cuando el ave aterrizaba, no vimos ninguna diferencia obvia, ", Recordó Chin." Pero luego comenzamos a mirar la cinemática de los pies y las garras, los detalles de cómo los movían, y descubrimos que los adaptaban para pegar el aterrizaje ".

La medida en que los pájaros envolvieron sus dedos de los pies y curvaron sus garras varió dependiendo de lo que encontraron al aterrizar. En superficies rugosas o blandas, como la espuma de tamaño mediano, papel de lija y perchas de madera áspera:sus pies podrían generar grandes fuerzas de compresión con poca ayuda de sus garras. En las perchas que eran más difíciles de agarrar:la madera de seda con hilo dental, Teflón y abedul grande:los pájaros curvaron más sus garras, arrastrándolos a lo largo de la superficie de la percha hasta que tuvieran una base segura.

Este agarre variable sugiere que, al construir robots para aterrizar en una variedad de superficies, Los investigadores podrían separar el control del aterrizaje aproximado de las acciones necesarias para un aterrizaje exitoso.

Sus mediciones también mostraron que las aves son capaces de reposicionar sus garras de un bulto o hoyo que se puede agarrar a otro en tan solo 1 a 2 milisegundos. (Para comparacion, un humano tarda entre 100 y 400 milisegundos en parpadear).

Aves y bots

Los laboratorios de Cutkosky y Lentink ya han comenzado a caracterizar cómo los loros despegan de las diferentes superficies. Combinado con su trabajo anterior que exploraba cómo los loros navegan por su entorno, el grupo espera que los hallazgos puedan conducir a robots voladores más ágiles.

"Si podemos aplicar todo lo que aprendemos, Podemos desarrollar robots bimodales que puedan hacer la transición hacia y desde el aire en una amplia gama de entornos diferentes y aumentar la versatilidad de los robots aéreos que tenemos hoy. "Dijo Chin.

Hacia ese fin, Roderick está trabajando en el diseño de los mecanismos que imitarían la forma y la física de las aves.

"Una aplicación de este trabajo que me interesa es tener robots posados ​​que puedan actuar como un equipo de pequeños científicos que hacen grabaciones, de forma autónoma, para la investigación de campo en bosques o selvas, ", Dijo Roderick." Realmente disfruto basándome en los fundamentos de la ingeniería y aplicándolos a nuevos campos para empujar los límites de lo que se ha logrado anteriormente y lo que se conoce ".