Cómo Los Láseres Y Un Loro Con Gafas Podrían Ayudar A Los Diseños De Robots Voladores

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Un loro usa diminutas gafas y faldones de color rojo a través de partículas aerotransportadas iluminadas con láser para probar modelos de computadora que explican cómo vuelan los animales, y muestra que hay espacio para mejorar.

Una niebla apenas visible cuelga en el aire en un laboratorio de California, iluminado por un láser. Y a través de ella vuela un loro, equipado con un par de diminutas gafas de color rojo para proteger sus ojos.

A medida que el ave se abre paso a través de las partículas de agua, sus alas generan ondas disruptivas, trazando patrones que ayudan a los científicos a comprender cómo vuelan los animales.

En un nuevo estudio, un equipo de científicos midió y analizó los rastros de partículas que se produjeron en los vuelos de prueba de los loros que vestían gafas, y mostró que los modelos informáticos anteriores del movimiento del ala no son tan precisos como alguna vez pensaron. De acuerdo con los autores del estudio, esta nueva perspectiva sobre la dinámica de vuelo podría informar los futuros diseños de alas en robots voladores autónomos. [Biomimetismo: 7 tecnologías inteligentes inspiradas en la naturaleza]

Cuando los animales vuelan, crean una "huella" invisible en el aire, similar a la estela que un nadador deja en el agua. Los modelos de computadora pueden interpretar estas perturbaciones del aire para calcular las fuerzas que se requieren para mantener un volante en alto y propulsarlo hacia adelante.

Un equipo de científicos había desarrollado recientemente un nuevo sistema que rastreaba el flujo de aire generado por el vuelo a un nivel de detalle sin precedentes. Querían comparar sus observaciones mejoradas con varios modelos de computadora de uso común que usan mediciones de estela para estimar el ascenso de los animales voladores, para ver si sus predicciones van por buen camino.

Vuelo de la cotorra

Para el estudio, los investigadores solicitaron la ayuda de una cotorra del Pacífico, un tipo de loro pequeño, llamado Obi. Obi fue entrenado para volar entre dos perchas que están ubicadas a una distancia de aproximadamente 3 pies (1 metro), a través de un rocío muy fino de gotas de agua, que se iluminan con una lámina láser. Las partículas de agua que sembraron el aire eran excepcionalmente pequeñas, "solo 1 micrón de diámetro", dijo el autor del estudio, David Lentink, profesor asistente de ingeniería mecánica en la Universidad de Stanford en California. (En comparación, la hebra promedio de cabello humano tiene un grosor de aproximadamente 100 micrones).

Los ojos de Obi estaban protegidos de la luz del láser con gafas personalizadas: un marco impreso en 3D que está equipado con lentes cortadas con anteojos de seguridad humanos, el mismo tipo de anteojos usados ​​por Lentink y su equipo.

Cuando el láser se encendió y apagó, a una velocidad de 1.000 veces por segundo, las gotas de agua dispersaron la luz del láser, y las cámaras de alta velocidad que disparaban 1.000 cuadros por segundo capturaron los rastros de partículas alteradas mientras Obi revoloteaba de percha a percha.

Los patrones trazados en partículas aerotransportadas permiten a los científicos rastrear los movimientos precisos del ala durante el vuelo.

Los patrones trazados en partículas aerotransportadas permiten a los científicos rastrear los movimientos precisos del ala durante el vuelo.

Crédito: LentinkLab, Stanford University

Las pruebas mostraron algo inesperado. Los modelos de computadora predijeron que una vez que los patrones de aire en remolino, también conocidos como vórtices, fueran creados por las alas de un ave, permanecerían relativamente estables en el aire. Pero los patrones que Obi trazó comenzaron a desintegrarse después de que el ave batiera sus alas solo unas pocas veces.

"Nos sorprendió encontrar los vórtices que usualmente se dibujan en papeles y libros de texto cuando los hermosos anillos de donas se rompieron dramáticamente después de dos o tres batidas", dijo Lentink a WordsSideKick.com en un correo electrónico. Explicó que esto significaba que los modelos, que son ampliamente utilizados en estudios de vuelo de animales para calcular la sustentación de un animal basándose en la estela producida, probablemente eran inexactos.

"Gracias a la grabación de alta velocidad, pudimos capturar esto y reproducirlo en cámara lenta, así que pudimos ver con nuestros ojos cómo los vórtices se rompen y dificultan que los modelos puedan predecir la elevación", dijo Lentink.. [En imágenes: aviones no tripulados toman vuelo en la Antártida y el Ártico]

Probando los modelos de vuelo.

Los investigadores realizaron sus propios cálculos sobre la cantidad de elevación que Obi generó a partir de los latidos de sus alas utilizando un dispositivo que el equipo de Lentink desarrolló en 2015: una caja cerrada que está equipada con sensores de fuerza tan sensibles que pudieron detectar las vibraciones producidas por el sistema de ventilación del laboratorio., Dijo Lentink en un comunicado.

Luego probaron tres modelos diferentes, conectando las mediciones de los patrones de aire de los vuelos de Obi y comparando las estimaciones de elevación de los modelos con las suyas. Los modelos produjeron una serie de resultados, ninguno de los cuales coincidía con los cálculos de los científicos.

Comprender cómo se mantienen las aves en altura podría ayudar a los ingenieros a mejorar los diseños para robots voladores.

Comprender cómo se mantienen las aves en altura podría ayudar a los ingenieros a mejorar los diseños para robots voladores.

Crédito: LentinkLab, Stanford University

La creación de mejores modelos será un próximo paso importante para estudiar el vuelo de los animales, dijo Lentink a WordsSideKick.com. El video de un Obi atónito mostró que incluso los movimientos del ala de un loro de vuelo lento son más complejos de lo que los científicos habían anticipado. Es probable que existan más variaciones entre las especies y en animales que utilizan diferentes técnicas de vuelo, lo que sugiere que los modelos actuales están muy simplificados, escribieron los autores del estudio. Actualizarlos permitirá a los investigadores comprender mejor cómo vuelan los animales, y podría ayudar a los ingenieros a mejorar los robots voladores, muchos de los cuales imitan el vuelo motorizado de los animales.

"Muchas personas miran los resultados en la literatura de vuelo de los animales para comprender cómo se podrían diseñar mejor las alas robóticas", dijo Lentink en un comunicado."Ahora, hemos demostrado que las ecuaciones que las personas han usado no son tan confiables como la comunidad esperaba. Necesitamos nuevos estudios, nuevos métodos para informar este proceso de diseño de manera mucho más confiable".

Los hallazgos fueron publicados en línea el 5 de diciembre en la revista Bioinspiration and Biomimetics.

Artículo original sobre Ciencia viva.

Cómo Los Láseres Y Un Loro Con Gafas Podrían Ayudar A Los Diseños De Robots Voladores


Suplemento De Vídeo: Cómo hacer un láser que quema.




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