Redacción Ciencia.- Un equipo internacional de científicos ha diseñado un robot con alas y cola que simula a un ave buceadora, lo que ayudará a comprender la compleja dinámica de vuelo de estas aves y a diseñar una nueva generación de drones y vehículos aéreo-acuáticos para la exploración oceanográfica.

El prototipo ha sido desarrollado por científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Escuela Politécnica Federal de Lausanne (Suiza), y sus detalles se publican este jueves en Science.

En el mundo hay aproximadamente un centenar de especies de aves que, como los colimbos, las gaviotas, los frailecillos o los cormoranes, usan las alas para volar y para bucear; pero, aunque el movimiento de aleteo es similar en ambos entornos, no es igual.

Dado que el agua es casi mil veces más densa que el aire, moverse con eficiencia en cada medio requiere fuerzas y movimientos de alas muy diferentes, pero estudiar estos movimientos en animales vivos es difícil.

Y las simulaciones por ordenador no logran modelar con precisión las complejas interacciones entre el aleteo, las fuerzas y la transición del agua al aire.

En este contexto, los modelos robóticos son una valiosa alternativa porque se rigen por los mismos principios físicos que los animales, a la vez que permiten a los investigadores controlar con precisión su diseño y movimiento.

El robot FAAV y su diseño

El «vehículo aéreo-acuático de alas batientes», o FAAV, publicado en Science, permite explorar los desafíos físicos de estas aves.

Con un peso aproximado de 250 gramos, el robot cuenta con un fuselaje aerodinámico, dos alas de membrana flexibles y una cola móvil.

Además, es completamente impermeable, no lleva cables y está equipado con electrónica integrada, lo que permite ajustar de forma inalámbrica la frecuencia de aleteo, la posición de la cola y la velocidad del aleteo en el aire, bajo el agua y en las transiciones entre ambos entornos.

Los autores creen que el diseño también podría dar lugar a una nueva generación de drones y vehículos aéreos-acuáticos que podrían emplearse en oceanografía para volar a regiones a las que no pueden acceder los buques oceánicos tradicionales, para tomar muestras de ellas.

Pruebas de vuelo y natación

Para el estudio, el equipo probó tres juegos de alas: pequeñas (60 centímetros de ancho), medianas (80 cm) y grandes (100 cm), con las que realizaron experimentos en un tanque de agua y en el lago Lemán, en Suiza.

Lo colocaron bajo el agua, a medio metro de profundidad, y programaron las alas para que aletearan a ciertas frecuencias y para que la cola se inclinara en ángulos específicos durante el vuelo, y observaron cómo el robot lograba ascender a la superficie, salir del agua y volar.

Además, el robot hizo varios vuelos con distintos tipos de alas, frecuencias de aleteo y ángulos de cola.

Así vieron que el robot podía volar, nadar y alternar entre el agua y el aire de forma fiable cuando volaba con alas de tamaño mediano, y que la flexibilidad de las alas es fundamental.

Deben ser lo suficientemente flexibles para minimizar la amplitud del aleteo en el agua y, a la vez, lo suficientemente firmes para mantener al robot en el aire.

También descubrieron que el robot podía nadar a velocidades de casi 1 metro por segundo al aletear con una frecuencia de aproximadamente 5 hercios.

Estp es, cinco aleteos por segundo y que podía volar a unos 6 metros por segundo al aletear con una frecuencia similar; es decir, velocidades y frecuencias de aleteo similares a las de las aves buceadoras reales.

Para dar el salto del agua al aire, vieron que el robot debía inclinarse a 70 grados, un ángulo relativamente pronunciado que impide que las puntas de sus alas toquen la superficie del agua al elevarse en el aire. Si la inclinación fuera mayor, el robot volvería a caer al agua.

Curiosamente, esta combinación de tamaño de las alas, frecuencia de aleteo y ángulo de la cola permitió al robot nadar bajo el agua, impulsarse desde la superficie y volar, sin algo que muchas aves buceadoras necesitan: las patas.

Cuando aves como los frailecillos y los patos despegan de la superficie del agua, reman con las patas, además de batir las alas y mover la cola, pero el equipo descubrió que, al menos en robótica, el acto de volar fuera del agua no requiere necesariamente una maniobra de remo.

«Si observamos a las aves, la mayoría necesita remar en la superficie para despegar. La pregunta era: ¿necesitamos lo mismo para los robots? Y resulta que no», concluye Zufferey.