Bajo la atenta mirada de cinco cámaras de alta velocidad, un pequeño pájaro azul pálido llamado Gary espera a que la señal vuele. Diana Chin, una estudiante graduada de la Universidad de Stanford y entrenadora de Gary, señala con el dedo a una percha alrededor de 20pulgadas de distancia. El problema aquí es que la perca está cubierta de teflón, por lo que parece imposible de agarrar de manera estable.
El exitoso aterrizaje de Gary sobre el teflón, y en otras perchas de diversos materiales, está enseñando a los investigadores cómo podrían crear máquinas que aterrizan como un pájaro.
"Los robots aéreos modernos generalmente necesitan una pista o una superficie plana para despegar y aterrizar fácilmente. Para un pájaro, casi en todas partes es un posible punto de aterrizaje, incluso en las ciudades", dijo Chin, quien es parte del laboratorio de David Lentink, profesor asistente de ingeniería mecánica. "Realmente queríamos entender cómo logran eso y la dinámica y las fuerzas que están involucradas".
Incluso los robots más avanzados no se acercan a la capacidad de agarre de los animales cuando se trata de objetos de diferentes formas, tamaños y texturas. Entonces, los investigadores reunieron datos sobre cómo Gary y otros dos pájaros aterrizan en diferentes tipos de superficies, incluida una variedadde perchas naturales y perchas artificiales cubiertas de espuma, papel de lija y teflón.
"Esto no es diferente a pedirle a una gimnasta olímpica que aterrice en barras altas cubiertas de teflón sin marcar sus manos", dijo Lentink, quien es el autor principal del artículo. Sin embargo, los loros hicieron que lo que parece casi imposible para un humano se vea sin esfuerzo.
La investigación del grupo, publicada el 6 de agosto en eLife también incluyó estudios detallados de la fricción producida por las garras y patas de las aves. De este trabajo, los investigadores descubrieron que el secreto de la versatilidad de percha del loro está en el agarre.
"Cuando miramos a una persona corriendo, una ardilla saltando o un pájaro volando, está claro que tenemos un largo camino por recorrer antes de que nuestra tecnología pueda alcanzar el complejo potencial de estos animales, tanto en términos de eficiencia como de atletismo controlado", dijo William Roderick, un estudiante graduado en ingeniería mecánica en el laboratorio de Lentink y en el laboratorio de Mark Cutkosky, el presidente de Fletcher Jones en la Escuela de Ingeniería". Al estudiar los sistemas naturales que han evolucionado a lo largo de millones de años, podemos dar grandes pasos.hacia la construcción de sistemas con capacidades sin precedentes "
No pegando el rellano
Las perchas en esta investigación no eran el stock promedio de una tienda de mascotas. Los investigadores las dividieron en dos, a lo largo, en el punto que se alineaba aproximadamente con el centro del pie de un loro. En lo que respecta al pájaro, las perchas se sentíancomo una sola rama, pero cada mitad se sentó sobre su propio sensor de fuerza / torque de 6 ejes. Esto significaba que los investigadores podían capturar las fuerzas totales que el pájaro puso en la percha en muchas direcciones y cómo esas fuerzas diferían entre las mitades, lo que indicaba cómolos pájaros apretaban fuerte
Después de que las aves aletearan a las nueve perchas con detección de fuerza de tamaño, suavidad y resbaladizo variados, el grupo comenzó a analizar las primeras etapas del aterrizaje. Al comparar diferentes superficies de percas, esperaban ver diferencias en la forma en que las aves se acercaron a la percha y alfuerza con la que aterrizaron, pero eso no fue lo que encontraron.
"Cuando procesamos por primera vez todos nuestros datos sobre la velocidad de aproximación y las fuerzas cuando el pájaro estaba aterrizando, no vimos ninguna diferencia obvia", recordó Chin. "Pero luego comenzamos a analizar la cinemática de las patas y las garras- los detalles de cómo los movieron - y descubrieron que los adaptan para pegar el aterrizaje "
La medida en que las aves envolvieron los dedos de los pies y rizaron las garras varió dependiendo de lo que encontraron al aterrizar. En superficies ásperas o blandas, como la espuma de tamaño mediano, papel de lija y perchas de madera ásperas sus pies podrían generarAl apretar las fuerzas con poca ayuda de sus garras, en las perchas que eran más difíciles de agarrar la madera de seda, el teflón y el abedul grande, los pájaros doblaron sus garras más, arrastrándolas a lo largo de la superficie de la percha hasta que lograron un equilibrio seguro.
Este agarre variable sugiere que, al construir robots para aterrizar en una variedad de superficies, los investigadores podrían separar el control del aterrizaje que se aproxima de las acciones requeridas para un aterrizaje exitoso.
Sus mediciones también mostraron que las aves son capaces de reposicionar sus garras de una protuberancia o fosa a otra en solo 1 a 2 milisegundos en comparación, un humano tarda entre 100 y 400 milisegundos en parpadear.
pájaros y bots
Los laboratorios de Cutkosky y Lentink ya han comenzado a caracterizar cómo despegan los loros de las diferentes superficies. Combinado con su trabajo anterior explorando cómo los loros navegan por su entorno, el grupo espera que los hallazgos puedan conducir a robots voladores más ágiles.
"Si podemos aplicar todo lo que aprendemos, podemos desarrollar robots bimodales que pueden hacer la transición hacia y desde el aire en una amplia gama de entornos diferentes y aumentar la versatilidad de los robots aéreos que tenemos hoy", dijo Chin.
Con ese fin, Roderick está trabajando en el diseño de los mecanismos que imitarían la forma y la física de las aves.
"Una aplicación de este trabajo que me interesa es tener robots encaramados que pueden actuar como un equipo de pequeños científicos que hacen grabaciones, de forma autónoma, para la investigación de campo en bosques o selvas", dijo Roderick. "Realmente disfrutoaprovechando los fundamentos de la ingeniería y aplicándolos a nuevos campos para empujar los límites de lo que se ha logrado previamente y lo que se conoce "
Cutkosky es coautor de este artículo y miembro de Stanford Bio-X y del Instituto de Neurociencias Wu Tsai. Lentink también es miembro de Stanford Bio-X.
Esta investigación fue financiada por la National Science Foundation, la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, el Departamento de Ingeniería Mecánica de Stanford y el Departamento de Defensa.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Taylor Kubota. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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