Un robot logra mantenerse estable en el aire sin hélices: el método que lo hace posible

Floaty, desarrollado por el Instituto Max Planck y la Universidad de Stuttgart, se sostuvo en suspensión al usar corrientes verticales y ajustar cuatro aletas móviles, con un consumo específico de 10 W/kg

Este video muestra una demostración del robot 'Floaty', desarrollado en el Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes. Se observa al robot de forma variable volando en un entorno de laboratorio equipado con cámaras de seguimiento y un monitor que visualiza sus movimientos en 3D. Un investigador con auriculares monitorea el experimento. Se incluyen tomas detalladas del robot en vuelo y una lámina de créditos con los nombres de los investigadores. El video es una presentación de investigación científica
Guardar

Floaty, un robot volador desarrollado por investigadores del Instituto Max Planck para Sistemas Inteligentes y la Universidad de Stuttgart, logró mantenerse estable en el aire sin hélices al aprovechar corrientes ascendentes y ajustar cuatro aletas móviles.

Esta estrategia redujo su consumo específico a 10 W/kg, cerca de un orden de magnitud por debajo de los drones impulsados por empuje.

PUBLICIDAD

El sistema voló en un túnel de viento con corrientes verticales de hasta 10 m/s y se mantuvo en suspensión con un consumo total medio de 3,4 W. En pruebas repetidas, el robot sostuvo vuelos continuos de cerca de 33 minutos con dos baterías LiPo de 250 mAh.

Un robot volador se mantiene estable en el aire sin hélices al aprovechar corrientes ascendentes (Learning and Dynamical Systems)
Un robot volador se mantiene estable en el aire sin hélices al aprovechar corrientes ascendentes (Learning and Dynamical Systems)

El trabajo publicado en npj Robotics aborda una de las limitaciones tradicionales de la robótica aérea: los multirrotores ofrecen agilidad y la capacidad de permanecer suspendidos, pero presentan un consumo energético elevado; en cambio, los aviones de ala fija resultan más eficientes, aunque carecen de la posibilidad de mantenerse estáticos en el aire. Floaty surge como una solución para cubrir ese punto intermedio.

PUBLICIDAD

Cómo funciona el control morfológico sin empuje

A diferencia de un dron convencional, Floaty no genera empuje activo. Su vuelo dependió de corrientes de aire verticales y de cuatro aletas accionadas de manera independiente, que modificaron el perfil aerodinámico del cuerpo para variar la resistencia del aire y controlar posición y orientación.

Ese control morfológico se inspiró en las aves planeadoras, que alteran alas y cola para aprovechar ascendencias. El artículo científico describió que el robot usó principalmente fuerzas de arrastre, no de sustentación tradicional, para estabilizarse, flotar y maniobrar sin necesidad de velocidad horizontal neta.

El prototipo ajusta cuatro aletas móviles para controlar postura y posición sin generar empuje (Learning and Dynamical Systems)
El prototipo ajusta cuatro aletas móviles para controlar postura y posición sin generar empuje (Learning and Dynamical Systems)

La plataforma pesó 340 g y tuvo cuatro aletas de alrededor de 25 g cada una. Su estructura combinó impresión 3D, varillas de fibra de carbono, cuatro servomotores miniatura y una placa de control adaptada de Crazyflie 2.1.

Los ensayos se realizaron en un túnel de viento cilíndrico de 1,2 m de diámetro, equipado con siete motores brushless y un sistema de captura de movimiento OptiTrack con cinco cámaras. En ese entorno, el robot recibió datos de posición y actitud para corregir sus aletas a 100 Hz.

Ghadeer Elmkaiel, autora del estudio y doctoranda del grupo Learning and Dynamical Systems del instituto alemán, dijo al medio Tech Xplore: “Creemos que nuestro trabajo abre nuevas formas de construir robots voladores más eficientes y más sostenibles”.

“En lugar de depender de motores que generan empuje, Floaty demuestra que los robots pueden montar el viento de manera inteligente, igual que las aves, ahorrar mucha energía y seguir siendo controlables”, explicó.

El sistema vuela en un túnel de viento con corrientes verticales de hasta 10 m/s (Learning and Dynamical Systems)
El sistema vuela en un túnel de viento con corrientes verticales de hasta 10 m/s (Learning and Dynamical Systems)

Cambios de diseño que estabilizaron el prototipo

El mayor obstáculo inicial fue evitar que el robot se diera vuelta de lado y, al mismo tiempo, conservar capacidad de maniobra. En las primeras pruebas en túnel de viento, la forma plana original tendía a volcarse lateralmente en vez de autocorregirse.

Para resolverlo, el equipo introdujo dos modificaciones centrales: bajó el centro de masa unos 7 cm por debajo del plano de las aletas y añadió una curvatura precisa de 42,5° en uno de sus lados. Según el estudio, esos ajustes transformaron un comportamiento inestable en una configuración con estabilidad pasiva.

La investigación también optimizó el ángulo nominal de suspensión de las aletas en un rango de 20° a 25°. Ese margen permitió equilibrar la autoridad de control sobre alabeo, cabeceo, guiñada y fuerza vertical.

El resultado fue un robot capaz de recuperar la estabilidad después de empujones físicos y de perturbaciones del viento. En pruebas con corrientes verticales de entre ocho y 11 m/s, Floaty mantuvo el vuelo incluso cuando se introdujo una componente lateral de hasta 4 m/s, equivalente a cerca del 40% del flujo ascendente principal.

El diseño combina impresión 3D, fibra de carbono, servomotores miniatura y una placa de control basada en Crazyflie 2.1 (Learning and Dynamical Systems)
El diseño combina impresión 3D, fibra de carbono, servomotores miniatura y una placa de control basada en Crazyflie 2.1 (Learning and Dynamical Systems)

Ventaja energética frente a cuadricópteros y posibles usos

El dato central del estudio fue energético. Durante la suspensión, Floaty registró un consumo específico de 10 W/kg, frente a los 100 a 250 W/kg que suelen requerir los sistemas aéreos con propulsión activa durante el vuelo estacionario, de acuerdo con la publicación científica.

Para dar contexto, los investigadores compararon su desempeño con dos cuadricópteros. Un microdron Crazyflie de 27 g consumió cerca de 8 W en suspensión en aire quieto, lo que equivale a 296 W/kg.

Un cuadricóptero personalizado de 950 g consumió 145 W/kg en aire quieto y 68 W/kg sobre el túnel de viento, aun después de mejorar un 53% gracias a la corriente ascendente.

Incluso frente a ese segundo caso, Floaty mantuvo una ventaja amplia: su consumo específico siguió siendo aproximadamente siete veces menor. El estudio señaló que ese nivel lo ubicó en la misma franja de bajo consumo que pequeños planeadores autónomos, aunque con una diferencia clave: puede mantener suspensión en corrientes verticales.

El robot mantiene el vuelo con componente lateral de hasta 4 m/s junto al flujo ascendente principal (Learning and Dynamical Systems)
El robot mantiene el vuelo con componente lateral de hasta 4 m/s junto al flujo ascendente principal (Learning and Dynamical Systems)

La publicación también documentó maniobras rápidas. El robot alcanzó tasas de guiñada superiores a 80° por segundo durante seguimiento de señales y hasta 300° por segundo en respuestas escalón, con tiempos de asentamiento inferiores a 0,5 s. En aceleración angular, logró picos de 30 rad/s² en guiñada y 40/30 rad/s² en alabeo y cabeceo.

Michael Mühlebach, director del grupo Learning and Dynamical Systems y coautor del trabajo, explicó que el robot podría ser útil en situaciones reales con corrientes ascendentes.

Mencionó como ejemplo la inspección de chimeneas industriales, donde hay flujos verticales intensos, además de posibles aplicaciones en control de cohetes durante la reentrada o en guiado de globos meteorológicos.

El estudio precisó que las chimeneas de grandes fábricas suelen tener velocidades de salida de 10 a 20 m/s, un rango similar al usado en los experimentos. También aclaró una limitación: el diseño dependió de flujo vertical para generar sustentación aerodinámica y no estuvo pensado para escenarios donde la componente horizontal del viento pase a dominar.

PUBLICIDAD

PUBLICIDAD

Últimas Noticias

Fotografió el 11-S desde el espacio: el impactante relato del astronauta que vio la columna de humo sobre las Torres Gemelas

A bordo de la Estación Espacial Internacional, Frank Culbertson era el único estadounidense fuera de la Tierra durante los atentados de 2001. A 25 años del ataque al World Trade Center, la NASA volvió a difundir el testimonio y las imágenes grabadas por el comandante, quien describió la densidad de las cenizas que se elevaban en el cielo de Manhattan.

Fotografió el 11-S desde el espacio: el impactante relato del astronauta que vio la columna de humo sobre las Torres Gemelas

El Niño pone en riesgo especies emblemáticas de un archipiélago único de América

El alza prevista en la temperatura del Pacífico amenaza con reducir el alimento de pingüinos, aves y mamíferos marinos en las islas Galápagos, mientras las lluvias podrían impulsar el avance de plantas invasoras

El Niño pone en riesgo especies emblemáticas de un archipiélago único de América

El continente perdido bajo las montañas que revela un secreto de la Tierra de hace 550 millones de años

Granitos analizados en el Himalaya y Asia central permitieron ampliar el mapa de Gondwana y relacionar su formación con grandes erupciones volcánicas y la expansión de la vida compleja

El continente perdido bajo las montañas que revela un secreto de la Tierra de hace 550 millones de años

Proponen hacer casas en 3D en Marte con una mezcla de arena, gelatina y levadura: el frío las vuelve tan resistentes como el hormigón

Especialistas desarrollaron una técnica de fabricación tridimensional que aprovecha materiales del planeta rojo junto a compuestos orgánicos. El estudio se publicó en Chem Circularity

Proponen hacer casas en 3D en Marte con una mezcla de arena, gelatina y levadura: el frío las vuelve tan resistentes como el hormigón

Por qué el calor extremo de los desiertos puede dar paso a noches muy frías

Las condiciones atmosféricas y las características del terreno explican los cambios bruscos de temperatura que se registran entre el día y la noche en las regiones áridas

Por qué el calor extremo de los desiertos puede dar paso a noches muy frías
MÁS NOTICIAS