Alas tomadas de la naturaleza

Volar en la Bionic Learning Network

Volar es uno de los sueños más antiguos de la humanidad. Por ello, desde siempre hemos observado fascinados el mundo animal, que nos muestra de diferentes maneras cómo se vuela. En la Bionic Learning Network, también es un tema recurrente. En colaboración con universidades, institutos de investigación y empresas tecnológicas, diseñamos desde hace años prototipos con principios técnicos inspirados en la naturaleza.

Primero, nuestros expertos en biónica estudiaron las aletas de la mantarraya. Si bien este animal vive en el agua, sus grandes aletas pectorales se mueven arriba y abajo al nadar como si fueran alas. En 2007, transferimos este principio al Air_ray. La forma de flujo optimizado de la raya aumenta la eficiencia aerodinámica, y la torsión activa de las alas asegura el desarrollo total de la potencia. Un servomotor tira de forma alterna en sentido longitudinal de ambos flancos y así permite que el ala bata con precisión hacia arriba y hacia abajo. Con un servoaccionamiento adicional, el ala se puede girar sobre su eje transversal, lo que permite que el Air_ray también pueda maniobrarse hacia atrás. Gracias a su ligera estructura, a la fuerza ascensional del helio y al accionamiento de las alas batientes con Fin Ray Effect®, el Air_ray se mueve por el aire igual que su modelo natural por el agua.

En un concepto similar se basan también los AirPenguins de 2009. Su técnica de vuelo se parece mucho a la técnica de nado de sus modelos naturales. Sus alas tienen una torsión pasiva y permiten generar una propulsión tanto hacia delante como hacia atrás.

Los AirPenguins pueden volar de forma autónoma en grupos de tres y flotar en un espacio aéreo definido, que es capturado por los transmisores de ultrasonidos. Los "pingüinos" pueden moverse libremente dentro de este espacio.

Un microcontrolador les permite explorar este espacio de forma autónoma o de acuerdo con reglas estipuladas.

Del agua al aire

Basándonos en estos proyectos, en 2011 conseguimos descifrar la técnica de vuelo de los pájaros y presentar el SmartBird. Inspirado en la gaviota argéntea, este portador de tecnología biónica puede despegar, volar y aterrizar de forma autónoma sin un mecanismo de propulsión adicional.

Sus alas no solo se mueven de arriba abajo, sino que también pueden girar en ángulos específicos. Esto es posible gracias a una unidad articulada de torsión activa que, junto con un complejo sistema de control, alcanza un rendimiento sin precedentes en la operación de vuelo. La diagnosis permanente asegura el vuelo: cuando el SmartBird vuela, los datos, como la posición y la torsión de las alas o el estado de carga de la batería, se registran y verifican continuamente en tiempo real.

el arte de volar de la libélula

Un modo aún más complejo de volar es el que se observa en la libélula. Sus habilidades de vuelo son únicas: puede ejecutar maniobras en cualquier dirección, mantenerse en el aire sin moverse y planear sin batir las alas. Gracias a su capacidad de mover ambos pares de alas de forma independiente, puede frenar de forma abrupta y girar, acelerar rápidamente e incluso volar hacia atrás.

Con el BionicOpter, nuestro equipo de expertos en biónica logró en 2013 aplicar técnicamente estas características tan complejas a un objeto volador ultraligero. Por primera vez, un modelo domina más estados de vuelo que un helicóptero, un avión motorizado y un planeador juntos. Mediante el control de la frecuencia de aleteo y de giro de cada una de las alas, se puede ajustar de forma individual el sentido y la fuerza de empuje de las cuatro por separado. De esta manera, esta libélula controlada a distancia puede ejecutar casi cualquier maniobra de vuelo.

Vuelo colectivo

En 2015, Festo perfeccionó la construcción ligera y la miniaturización con las eMotionButterflies: cada una de las mariposas biónicas pesa solo 32 gramos. Para reproducir al máximo posible el vuelo de su modelo natural, las eMotionButterflies disponen de una electrónica de a bordo integrada a gran escala que puede controlar las alas de forma precisa e individual y moverlas rápidamente.

Las diez cámaras instaladas en la estancia captan las mariposas a través de sus marcadores de infrarrojos y trasladan los datos de posición a un ordenador central que coordina las mariposas desde fuera.

Festo BionicFlyingFox

BionicFlyingFox: durante el vuelo, un ordenador central compara la trayectoria teórica del murciélago artificial con la real y, mediante aprendizaje automático, este la adapta cada vez mejor.

Vuelo semiautónomo en un espacio delimitado

Los expertos en biónica perfeccionaron esta conexión inteligente y, en la feria de Hannover de 2018, presentaron el BionicFlyingFox, capaz de volar incluso de forma semiautónoma. Esto es posible gracias a la combinación de un sistema electrónico a bordo y un sistema de cámaras externo. De esta forma, el murciélago artificial vuela por el aire con una envergadura de 2,28 metros.

Desde las puntas de los dedos hasta los pies de este murciélago artificial tiene tensada una piel elástica y hermética. Esta membrana desarrollada especialmente para el proyecto consta de un tejido de malla de elastano y de láminas soldadas de forma puntual. Gracias a esta estructura en forma de panal, el BionicFlyingFox puede volar, incluso si se estropea ligeramente el tejido biónico.

Aunque el vuelo de los animales de la naturaleza es muy diferente entre sí, los mayores retos para trasladarlo a la técnica radican siempre en la construcción ligera y en la integración de funciones. En el BionicFlyingFox, todos los puntos articulados de su cinemática sometida a gran carga están al mismo nivel, de manera que toda el ala se puede plegar como una tijera. Con él, Festo ya ha descifrado todos los tipos de vuelo del mundo animal. Sin embargo, la naturaleza aún ofrece muchas otras soluciones únicas que seguirán inspirando al equipo de expertos biónicos para desarrollar nuevas soluciones técnicas.

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