Crean un robot que puede volar y nadar como un ave buceadora: el método para explorar ecosistemas oceánicos

Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y de la Escuela Politécnica Federal de Lausanne en Suiza han diseñado un robot capaz de nadar bajo el agua y luego salir a la superficie para volar por el aire, imitando el comportamiento de las aves que se zambullen.

Este avance combina la robótica y el estudio de la mecánica animal y podría abrir nuevas posibilidades para el desarrollo de drones y vehículos dedicados a la exploración del océano.

Hay aproximadamente un centenar de especies de aves, como colimbos, gaviotas, frailecillos, cormoranes, petreles y martines pescadores, que usan las alas para volar y para nadar o bucear. Estudiar esos movimientos en animales vivos resulta difícil, y las simulaciones por ordenador no logran reproducir con precisión la interacción entre el aleteo, las fuerzas y el paso del agua al aire.

El trabajo se publicó en Science. Raphael Zufferey autor principal del estudio y profesor adjunto de ingeniería mecánica en el MIT, explicó que los modelos robóticos ofrecen una alternativa útil porque se rigen por los mismos principios físicos que los animales. También permiten controlar con precisión el diseño y el movimiento del sistema.

Cómo está diseñado el robot inspirado en aves buceadoras

El vehículo aéreo-acuático de alas batientes, o FAAV, pesa unos 250 gramos. Tiene un fuselaje aerodinámico, dos alas de membrana flexibles, una cola móvil y electrónica integrada en una estructura impermeable y sin cables.

El equipo revisó literatura científica y recopiló datos sobre aves buceadoras para ajustar el robot a frecuencias de aleteo comparables a las de especies reales. Según esos datos, las aves pequeñas pueden aletear unas 10 veces por segundo en vuelo y unas cuatro bajo el agua, mientras las más grandes lo hacen con una frecuencia algo menor en ambos medios.

Las alas están hechas con membranas finas recubiertas para repeler el agua, y la cola puede cambiar de ángulo para ayudar en el ascenso o el descenso. Los investigadores también fabricaron piezas intercambiables para modificar el tamaño de las alas.

Qué revelaron las pruebas en agua y en aire

Los ensayos se hicieron con tres juegos de alas: pequeñas de 60 centímetros, medianas de 80 centímetros y grandes de 100 centímetros. El equipo probó el robot en un tanque de agua y en el lago Lemán, en Suiza, tras colocarlo a medio metro de profundidad y programar la frecuencia del aleteo y la inclinación de la cola.

Los investigadores comprobaron que el aparato podía nadar, volar y pasar de un medio a otro de forma fiable con alas medianas. También concluyeron que la flexibilidad de las alas es determinante, porque deben ceder lo suficiente en el agua y mantener la firmeza necesaria para sostener el vuelo.

El robot alcanzó casi 1 metro por segundo bajo el agua con una frecuencia de unos 5 hercios. En el aire llegó a unos 6 metros por segundo con una frecuencia similar, en valores comparables a los de aves buceadoras reales.

Para completar la salida del agua, el robot tuvo que inclinarse 70 grados. Ese ángulo evita que las puntas de las alas toquen la superficie al elevarse, mientras una inclinación mayor lo hacía caer de nuevo al agua.

El equipo también observó que el prototipo podía despegar sin patas. Zufferey lo resumió así: “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”.

Para qué podría usarse en oceanografía

Los autores plantean que este diseño puede dar lugar a una nueva generación de drones y vehículos aéreo-acuáticos para la oceanografía. La idea es que estos aparatos vuelen hasta regiones a las que los buques oceánicos tradicionales no pueden acceder o donde operar resulta peligroso.

Zufferey describió un uso pensado para trabajo de campo costero y marino: “Nuestra visión ideal es que oceanógrafos, biólogos marinos y miembros de comunidades costeras puedan lanzar este robot desde una embarcación o desde la costa, y que vuele cerca de la zona de interés, como un iceberg, una instalación portuaria o sobre un grupo de ballenas”.

El investigador añadió que el aparato podría entrar al agua para recoger información y volver después con ella. “Se sumergiría para tomar una medida o recoger una muestra, y regresaría para entregar los datos a una fracción del costo de los métodos tradicionales. Luego podría volver a sumergirse para obtener más información”.

Los próximos pasos del equipo pasan por mejorar las alas para que también puedan girar y por probar el robot en aguas agitadas y con viento. La meta es contar con una plataforma capaz de repetir mediciones y muestreos en distintos puntos con una frecuencia mayor que la de los métodos oceanográficos habituales.