Nota del editor: Llamado a la Tierra es una serie editorial de CNN comprometida con reportar los desafíos ambientales que enfrenta nuestro planeta, además de mostrar las soluciones a esos retos. La Iniciativa Perpetual Planet, de Rolex, se ha asociado con CNN para crear conciencia y educación sobre los asuntos de sostenibilidad claves y para inspirar acciones positivas.
Un laboratorio del MIT diseñó un robot con alas de US$ 300 capaz de volar y nadar. Su creador piensa que podría utilizarse algún día para vigilar y, en última instancia, ayudar a proteger los océanos.
El equipo de expertos en robótica aeroacuática estudió a los petreles, frailecillos y otras aves buceadoras que utilizan sus alas para impulsarse tanto en el aire como en el agua. También analizó la compleja dinámica que les permite alternar entre ambos medios.
Raphael Zufferey, autor principal del estudio y profesor asistente de ingeniería mecánica en el MIT, afirmó que, si bien existían investigaciones previas sobre las alas de las aves buceadoras y cómo nadan y vuelan, “nadie había descubierto cómo transformar eso en un robot completamente móvil”.
Según explicó, el equipo estudió “toda la bibliografía sobre aves buceadoras”, analizando la frecuencia de aleteo de las alas de diferentes aves en el aire y en el agua, y cómo variaban según la envergadura (cuanto más grande es el ave, menor es la frecuencia de aleteo).
Diseñó un vehículo aéreo-acuático (FAAV, por sus siglas en inglés) de 250 gramos propulsado por un motor a batería con alas de nailon y una cola recubierta de nanopartículas repelentes al agua.
A pesar de las apariencias iniciales, el FAAV no es un caso directo de biomimetismo, recalcó Zufferey.
El agua es cientos de veces más densa que el aire (entre las variables se incluyen la temperatura, la presión y la humedad). Las aves buceadoras tienen alas que se pliegan parcialmente bajo el agua, minimizando la amplitud -el movimiento vertical de las alas durante un solo aleteo- y la resistencia al aire, generando así la fuerza necesaria para impulsarse hacia adelante. Lograr lo mismo con un robot requeriría cuatro articulaciones más, una ingeniería más compleja y mayor masa. En cambio, el equipo creó un ala que no se pliega, pero que es más flexible que la de un ave buceadora, para minimizar la amplitud.
Zufferey afirmó que el FAAV no sabe si está en el agua o en el aire, sino simplemente que está programado para intentar alcanzar una determinada frecuencia de aleteos por segundo, independientemente del medio por el que se desplace.
El robot puede volar a poco más de 6 metros por segundo y nadar a casi 1 metro por segundo. En teoría, puede volar 6 kilómetros o nadar 2 kilómetros con una sola carga de batería, aunque esto no se ha comprobado aún.
El laboratorio probó el FAAV durante un año en un tanque de agua en Massachusetts y, posteriormente, en el lago Lemán, Suiza. Gran parte del ajuste consistió en determinar el ángulo óptimo para que se sumergiera en el agua (70 grados) y saliera disparado. El robot puede operar con oleaje y viento moderados, explicó Zufferey, pero no en condiciones adversas en su versión actual.
“Desde el punto de vista de la ingeniería, se trata de un diseño realmente impresionante”, afirmó Maaten Furlong, director de ciencias de la ingeniería del Centro Nacional de Oceanografía, quien no participó en el proyecto.
“Desarrollar un vehículo capaz de operar eficazmente tanto en el aire como en el agua supone un importante reto técnico, y lograr integrar con éxito estos dos modos de operación es un logro de ingeniería notable”, afirmó.
Tras el avance inicial, el laboratorio está buscando subvenciones y otros medios para seguir desarrollando el robot.
“En este artículo demostramos que, individualmente, todo esto es posible: podemos volar, nadar, realizar transiciones y bucear. Pero no hemos logrado combinarlo todo en una misión autónoma”, afirmó Zufferey.
“Estamos intentando comprender mejor cómo lo hacen las aves”, añadió. “Otra razón por la que hacemos esto es que esperamos que se convierta en una herramienta futura para la oceanografía”.
Según él, la toma de muestras científicas en el mar es costosa, y existen casos de uso para un vehículo aéreo-acuático relativamente barato y ligero.
Zufferey planteó la hipótesis de que el FAAV podría lanzarse desde el mar o la tierra y programarse para volar de forma autónoma siguiendo rutas predefinidas y sumergirse para recoger muestras. “Me gusta la idea de llevar estos robots a escenarios más peligrosos”, añadió, por ejemplo para recoger muestras de floraciones de algas tóxicas, lagos volcánicos o cerca de icebergs.
El vehículo también podría equiparse con cámaras para la vigilancia de la fauna silvestre, dijo Zufferey.
Furlong tenía dudas sobre la capacidad de carga útil del vehículo, su robustez, la aprobación regulatoria y cómo funcionaría en entornos de mar abierto.
“Esta clase de vehículos combinados aéreos y submarinos sigue estando relativamente inexplorada, en gran parte porque su desarrollo es técnicamente difícil y sus ventajas operativas aún no se han demostrado claramente”, afirmó.
Los vehículos bioinspirados no son nada nuevo, añadió, y relativamente pocos pasan del laboratorio al uso operativo: “En la práctica, los motores eléctricos y las hélices convencionales son muy eficientes, fiables y económicos, lo que dificulta superarlos en cuanto a coste, rendimiento y practicidad”.
Dicho esto, no descartó por completo el uso de robots con alas batientes en la investigación oceanográfica. “Los científicos marinos suelen ser neutrales en cuanto a la tecnología”, afirmó Furlong.
“Les interesa menos cómo se realizan las mediciones que obtener datos de alta calidad utilizando el método más fiable, rentable y práctico desde el punto de vista operativo. Si esta plataforma puede demostrar esas características, es probable que tenga éxito.”
Zufferey calcula que, con fibra de carbono y otros materiales ligeros, el diseño podría alcanzar una envergadura de 15 metros.
Con el tamaño actual, el costo de los componentes es de US$ 300. Incluso con un motor mejorado y un diseño más robusto, el costo de construcción sería de US$ 1000 como máximo, dijo Zufferey, “muy económico para cualquiera que se dedique a la investigación oceanográfica”.
El autor principal del estudio ya ha instalado un nuevo laboratorio en el MIT con un tanque de agua más grande y techos altos para futuras pruebas.
