Cuando los hermanos Wright lograron su primer vuelo propulsado hace más de un siglo, controlaron el movimiento de su avión Flyer 1 utilizando alambres y poleas que doblaban y retorcían las alas de madera y lona. Este sistema era bastante diferente al sistema separado, aletas con bisagras y alerones que han desempeñado esas funciones en la mayoría de las aeronaves desde entonces. Pero ahora, gracias a la magia de alta tecnología desarrollada por los ingenieros del MIT y la NASA, algunas aeronaves pueden estar volviendo a sus raíces, con un nuevo tipo de flexibilidad,ala "morphing".
La nueva arquitectura del ala, que podría simplificar enormemente el proceso de fabricación y reducir el consumo de combustible al mejorar la aerodinámica del ala, así como mejorar su agilidad, se basa en un sistema de subunidades pequeñas y livianas que podrían ser ensambladas por un equipo de pequeñosrobots especializados y, en última instancia, podrían usarse para construir toda la célula. El ala estaría cubierta por una "piel" hecha de piezas superpuestas que podrían parecerse a escamas o plumas.
El nuevo concepto se describe en la revista Robótica suave en un artículo de Neil Gershenfeld, director del Centro de Bits y Átomos del MIT CBA; Benjamin Jenett, un estudiante graduado de la CBA; Kenneth Cheung PhD '12, un ex alumno de la CBA y científico investigador de la NASA; y otros cuatro.
Los investigadores han intentado durante muchos años lograr una forma confiable de deformar las alas como un sustituto de las superficies móviles, separadas y convencionales, pero todos esos esfuerzos "han tenido poco impacto práctico", dice Gershenfeld. El mayor problema fue que la mayoríade estos intentos se basó en deformar el ala mediante el uso de estructuras de control mecánico dentro del ala, pero estas estructuras tendían a ser tan pesadas que cancelaron cualquier ventaja de eficiencia producida por las superficies aerodinámicas más suaves. También agregaron problemas de complejidad y confiabilidad.
Por el contrario, Gershenfeld dice: "Hacemos que todo el ala sea el mecanismo. No es algo que ponemos en el ala". En el nuevo enfoque del equipo, toda la forma del ala se puede cambiar y girar uniformemente a lo largo de su longitud,activando dos motores pequeños que aplican una presión de torsión a cada punta del ala.
como construir con bloques
El principio básico detrás del nuevo concepto es el uso de una serie de piezas estructurales pequeñas y livianas, que Gershenfeld llama "materiales digitales", que pueden ensamblarse en una variedad prácticamente infinita de formas, al igual que ensamblar una estructura a partir de bloques de LegoEl montaje, realizado a mano para este experimento inicial, podría hacerse mediante simples robots en miniatura que se arrastrarían a lo largo o dentro de la estructura a medida que tomara forma. El equipo ya ha desarrollado prototipos de tales robots.
Las piezas individuales son fuertes y rígidas, pero la elección exacta de las dimensiones y materiales utilizados para las piezas, y la geometría de cómo se ensamblan, permiten un ajuste preciso de la flexibilidad de la forma final. Para la prueba inicialestructura, el objetivo era permitir que el ala gire de una manera precisa que sustituya el movimiento de piezas estructurales separadas como los alerones pequeños en los bordes posteriores de las alas convencionales, al tiempo que proporciona una superficie aerodinámica única y lisa.
La construcción de una estructura grande y compleja a partir de una serie de bloques de construcción pequeños e idénticos, que tienen una combinación excepcional de resistencia, peso ligero y flexibilidad, simplifica enormemente el proceso de fabricación, explica Gershenfeld. Mientras que la construcción de alas compuestas ligeras paraLos aviones de hoy requieren equipos grandes y especializados para estratificar y endurecer el material, las nuevas estructuras modulares podrían fabricarse rápidamente en grandes cantidades y luego ensamblarse robóticamente en su lugar.
Gershenfeld y su equipo han seguido este enfoque para construir estructuras complejas durante años, con muchas aplicaciones potenciales para dispositivos robóticos de diversos tipos. Por ejemplo, este método podría conducir a brazos y piernas robóticos cuyas formas podrían doblarse continuamente a lo largo de toda su longitud, en lugar de tener un número fijo de articulaciones.
Esta investigación, dice Cheung, "presenta una estrategia general para aumentar el rendimiento de los robots y mecanismos altamente compatibles, es decir," blandos "," al reemplazar los materiales flexibles convencionales con nuevos materiales celulares "que tienen un peso mucho menor, más sintonizable, y se puede hacer que disipe energía a tasas mucho más bajas "mientras tenga una rigidez equivalente".
Ahorro de combustible, reducción de emisiones
Mientras exploraba posibles aplicaciones de esta tecnología naciente, Gershenfeld y su equipo consultaron con ingenieros de la NASA y otros para buscar formas de mejorar la eficiencia de la fabricación y el vuelo de las aeronaves. Aprendieron que "la idea de que se podría deformar continuamente la forma de un ala para hacerlo puroelevar y rodar ha sido un santo grial en el campo, tanto para la eficiencia como para la agilidad ", dice. Dada la importancia de los costos de combustible tanto en la economía de la industria de las aerolíneas como en la contribución de ese sector a las emisiones de gases de efecto invernadero, incluso pequeñas mejoras en el combustiblela eficiencia podría tener un impacto significativo.
Las pruebas de túnel de viento de esta estructura mostraron que al menos coincide con las propiedades aerodinámicas de un ala convencional, a aproximadamente una décima parte del peso.
La "piel" del ala también mejora el rendimiento de la estructura. Está hecha de tiras superpuestas de material flexible, en capas como plumas o escamas de pez, lo que permite que las piezas se muevan entre sí a medida que el ala se flexiona, al tiempo que proporciona unsuperficie exterior lisa.
La estructura modular también proporciona una mayor facilidad de montaje y desmontaje: una de las grandes ventajas de este sistema, en principio, dice Gershenfeld, es que cuando ya no se necesita, toda la estructura se puede desarmar en sus componentes, lo que puedeluego se puede volver a ensamblar en algo completamente diferente. Del mismo modo, las reparaciones se pueden hacer simplemente reemplazando un área de subunidades dañadas.
"Un robot de inspección podría encontrar dónde está la parte rota y reemplazarla, y mantener el avión 100 por ciento saludable en todo momento", dice Jenett.
Después de las exitosas pruebas del túnel de viento, el equipo ahora está extendiendo el trabajo a las pruebas de un avión no piloteado volable, y las pruebas iniciales han demostrado ser muy prometedoras, dice Jenett. "Las primeras pruebas fueron realizadas por un piloto de pruebas certificado, ylo encontró tan receptivo que decidió hacer algunas acrobacias aéreas "
Algunos de los primeros usos de la tecnología pueden ser la fabricación de aviones pequeños y robóticos: "drones de largo alcance súper eficientes", dice Gershenfeld, que podrían usarse en los países en desarrollo como una forma de entregar medicamentos a áreas remotas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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