Cada vez más cerca del pez volador: un robot anfibio nada bajo el agua y despega como un ave marina
El prototipo del MIT y la EPFL alterna vuelo y buceo con sólo cambiar la frecuencia de aleteo
Pensado para la oceanografía, tomaría muestras cerca de icebergs o bancos de ballenas a bajo coste
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Los colimbos, las gaviotas, los frailecillos y los petreles son algunas de las cerca de 100 especies de aves capaces de volar y bucear. Se zambullen para perseguir a sus presas bajo el agua y, poco después, salen despedidas de nuevo al aire para alzar el vuelo.
Inspirándose en estos aviadores anfibios, ingenieros del MIT y de la EPFL de Lausana (Suiza) han diseñado un robot que nada sumergido y, acto seguido, sale aleteando del agua para seguir volando por el aire, igual que un ave buceadora. El trabajo se publica esta semana en la revista Science.
El aparato, bautizado como «vehículo aéreo-acuático de alas batientes» (FAAV), pesa menos de 300 gramos y se ha concebido para estudiar la mecánica que permite a estas aves desenvolverse en dos medios tan distintos.
Un único cuerpo para el agua y el aire
El robot recuerda a un pájaro: un fuselaje central, dos alas flexibles que baten y una cola orientable. Las alas y la cola pueden intercambiarse por otras de distinto tamaño para probar configuraciones.
El reto de fondo es físico. El agua es 1.000 veces más densa que el aire, de modo que avanzar por uno u otro exige mecánicas muy diferentes. La solución, sin embargo, ya existía en la naturaleza.
«Hay que hacer alguna adaptación para que esa transición funcione, pero hay una solución que existe en la naturaleza», señala Raphael Zufferey, profesor de ingeniería mecánica en el MIT y autor principal del estudio. Aves como los frailecillos vuelan muy rápido y bucean a unos 3 metros por segundo, recuerda el investigador.
La clave está en la flexibilidad
Para reproducir ese comportamiento, el equipo recopiló datos de frailecillos, petreles, martines pescadores y otras aves buceadoras. Observaron que las aves pequeñas baten las alas unas diez veces por segundo en el aire y unas cuatro veces por segundo bajo el agua.
Con esa referencia biológica fabricaron y probaron tres juegos de alas: pequeñas (60 centímetros), medianas (80) y grandes (100). Los ensayos se hicieron primero en un tanque de agua y después en el lago Lemán, en Suiza.
El resultado fue claro: el robot voló, nadó y transitó de un medio a otro de forma fiable con las alas medianas. La flexibilidad resultó decisiva, porque las alas deben ceder lo suficiente para reducir la amplitud del aleteo en el agua y, a la vez, mantener firmeza para sostener el vuelo en el aire.
Casi 1 metro por segundo en el agua
Las cifras acompañan a las aves reales. El robot nadó a casi 1 metro por segundo batiendo las alas unas cinco veces por segundo, y voló a alrededor de 6 metros por segundo con una frecuencia de aleteo similar.
Con una sola carga de batería, el prototipo puede recorrer 6 kilómetros volando o 2 kilómetros nadando en horizontal. De hecho, los investigadores calculan que para distancias superiores a 15,5 metros le resulta más eficiente salir del agua, volar y volver a zambullirse que cubrir ese trayecto sumergido.
Para dar el salto del agua al aire, el equipo comprobó que el robot debe inclinarse a 70 grados, un ángulo pronunciado que evita que las puntas de las alas rocen la superficie al batir. Con más inclinación, el aparato termina cayendo de espaldas al agua.
Despegar sin patas
El hallazgo más llamativo llegó al analizar cómo abandona el agua. Esa combinación de tamaño de ala, frecuencia de aleteo y ángulo de cola permitió al robot nadar, impulsarse en la superficie y volar sin algo que muchas aves buceadoras necesitan: las patas.
Cuando aves como los frailecillos o los patos despegan del agua, remando con las patas mientras baten las alas y ajustan la cola. Los ingenieros descubrieron que, al menos en robótica, salir volando del agua no exige forzosamente ese pataleo.
«Si te fijas en las aves, la mayoría necesita remar en la superficie para despegar. La pregunta era: ¿necesitamos lo mismo para los robots? Y resulta que no», resume Zufferey.
Raphael Zufferey (izquierda) y Moritz Hüsser trabajan en el diseño de su robot.
(Foto: John Freidah).
Un dron para explorar los océanos
Más allá de arrojar luz sobre la adaptación de los animales aéreo-acuáticos, el diseño abre la puerta a una nueva clase de vehículos para la oceanografía y la monitorización de ecosistemas marinos. Los autores imaginan robots alados capaces de acceder a zonas peligrosas para las embarcaciones convencionales.
«Nuestra visión soñada es que oceanógrafos, biólogos marinos y comunidades costeras lancen este robot desde un barco o desde la orilla», explica Zufferey. El aparato volaría hasta la zona de interés —un iceberg, unas instalaciones portuarias o un grupo de ballenas—, se sumergiría para tomar una medición y regresaría con los datos a una fracción del coste de los métodos tradicionales.
De cara al futuro, el equipo trabaja en mejorar las alas para que puedan girar además de batir, y planea someter al robot a aguas revueltas y viento antes de destinarlo a responder preguntas de la ciencia oceánica. «Uno de los grandes retos es recoger datos con frecuencia y en muchos lugares, y eso es algo que este robot podría hacer», concluye el investigador. El trabajo ha contado con financiación de una beca Marie Skłodowska-Curie.
