El vuelo de las mariposas inspira el diseño de micro-vehículos aéreos

La habilidad de maniobrar en el aire de las mariposas y otros insectos voladores permitirá a un equipo de ingenieros de la Johns Hopkins University de Estados Unidos diseñar nuevos micro-vehículos aéreos con mejores condiciones de maniobrabilidad en el aire, logrando de esta forma que los diminutos robots resulten más efectivos en situaciones de emergencia, accidentes, tareas de control ambiental o seguridad, al poder contar con mayor agilidad en áreas complejas.

Los responsables de esta investigación buscan obtener pequeños robots aéreos del tamaño de insectos, que puedan llevar a cabo acciones de reconocimiento, búsqueda y rescate en situaciones de emergencia y catástrofes, así como en misiones de vigilancia y monitoreo del medio ambiente, pero sin poner en riesgo vidas humanas.

En el caso particular de las misiones militares, los micro-vehículos aéreos deben ser capaces de volar con éxito a través de complejos entornos urbanos, donde deberán superar espacios muy reducidos y fuertes ráfagas de viento, entre otros desafíos. En la actualidad, la maniobrabilidad de estos robots es escasa.

Para hacer frente a esta deficiencia, un equipo de estudiantes, ingenieros e investigadores encabezado por Tiras Lin, estudiante de la Whiting School of Engineering de la Johns Hopkins University, se ha centrado en el análisis de las mariposas y otros insectos voladores. Según los investigadores, estas especies son capaces de realizar una deslumbrante variedad de maniobras en pleno vuelo. El trabajo fue supervisado por Rajat Mittal, profesor de ingeniería mecánica de la misma universidad.

Comprender el vuelo de las mariposas

Según Mittal, además de abordar cuestiones relacionadas con la imitación de los procesos de vuelo de las mariposas y su adaptación a los robots, la investigación también explora aspectos fundamentales de la biología de estas especies, relacionadas con los límites y las capacidades de los insectos voladores, que deben ser comprendidas en su totalidad antes de ser aplicadas a los micro-vehículos aéreos.

Para realizar su estudio, Lin y sus colaboradores han observado y analizado los cambios en la distribución de masa asociada con el aleteo y la deformación del cuerpo de un insecto volador, procesos que le ayudan a realizar rápidos giros y vueltas aéreas. Algunos de los hallazgos de este equipo de trabajo han sido presentado en la reunión anual de la División de Dinámica de Fluidos de la Sociedad Americana de Física.

Asimismo, esta investigación ha sido difundida en una nota de prensa de la Johns Hopkins University y se desarrolló en un artículo del medio especializado Science Daily. Por otro lado, el trabajo obtuvo un segundo puesto en una reunión regional del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica.

Lin explica su idea con otro ejemplo, aquel que muestra como los patinadores sobre hielo efectúan determinados movimientos para poder optimizar su deslizamiento, como esconder o extender sus brazos cuando quieren elevar la velocidad, girar o frenar. Estas posiciones cambian la distribución espacial de la masa del patinador, y modifican su momento de inercia, afectando la rotación del cuerpo. Un insecto puede ser capaz de hacer lo mismo con su cuerpo y alas en el aire.

Observaciones detalladas

Sin embargo, las mariposas se mueven demasiado rápido para que sea posible apreciar estas tácticas de vuelo con claridad y a simple vista, por lo que Lin y su equipo emplearon tecnología de alta resolución para documentar estos fenómenos. Para ello, se utilizaron tres cámaras de video capaces de grabar alrededor de 3.000 megapíxeles por segundo.

Los investigadores de la Universidad Johns Hopkins recogieron cerca de 6.000 imágenes en tres dimensiones de las maniobras de vuelo de las mariposas. La disposición de las tres cámaras permitió a los ingenieros capturar datos tridimensionales y analizar el movimiento de las alas de los insectos al detalle.

Uno de los principales descubrimientos, que se contrapone con investigaciones anteriores, es que los cambios en la distribución espacial de la masa asociados con el aleteo no deben ser considerados en el análisis de la maniobrabilidad de un insecto al volar. Además, se logró concluir que las variantes en el momento de inercia juegan un papel importante en el vuelo de los insectos.

Estos hallazgos pueden ser vitales para el desarrollo de nuevos robots aéreos del tamaño de insectos, y para profundizar en el conocimiento de las características del vuelo de estas especies. Los investigadores afrontan ahora el estudio de las moscas de la fruta. El trabajo ha sido financiado por la U.S. Air Force Office of Scientific Research y la National Science Foundation.