Un nuevo robot desarrollado conjuntamente por un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL) ha logrado con éxito todo el proceso de nadar, bucear y volar directamente desde la superficie del agua. Este logro marca un gran avance en el campo de la construcción de robots que pueden abarcar múltiples medios.
Según el equipo de investigación, el robot pesa alrededor de 250 gramos y es único porque puede completar las transiciones agua-aire completamente batiendo sus alas, sin necesidad de hélices, soportes para las piernas o complejos mecanismos de plegado. En la naturaleza, alrededor de 100 especies de aves pueden alternar libremente entre el agua, la tierra y el aire, bucear para atrapar comida y despegar directamente del agua. Este robot es la primera reproducción diseñada de esta habilidad natural.
Dado que la densidad del agua es aproximadamente 800 veces mayor que la del aire, es extremadamente difícil para los diseños de robots tradicionales superar esta enorme diferencia de resistencia física. Para ello, el equipo de I+D adoptó un diseño de ala flexible y logró un control preciso de la frecuencia de aleteo. Bajo el agua, las alas pueden doblarse pasivamente hasta 90 grados, reduciendo así significativamente la carga del motor y acortando la carrera efectiva de un solo aleteo. La frecuencia de aleteo se controla de 0,1 a 6 veces por segundo; mientras está en el aire, la misma estructura de ala puede aletear rápidamente a una frecuencia de 11 veces por segundo para mantener el vuelo. Además, el robot tiene flotabilidad neutra y no flota hacia arriba ni hacia abajo en el agua, lo que ahorra energía valiosa de manera efectiva.
La parte más desafiante es el momento en que sales del agua. Para superar la resistencia, el robot necesita saltar fuera del agua rápidamente con ocho a diez aleteos en menos de un segundo. Los experimentos muestran que este proceso tiene requisitos extremadamente altos en cuanto a parámetros ambientales: las alas deben tener una rigidez moderada, la cola debe estar cerca del fuselaje y el ángulo de salida del agua durante el despegue debe controlarse en aproximadamente 70 grados. Si el ángulo es demasiado plano, la cola producirá resistencia; si está demasiado vertical, el robot se volcará fácilmente y caerá de nuevo al agua.
Esta investigación no sólo demuestra un excelente diseño de ingeniería, sino que también proporciona un modelo físico para que los biólogos observen las aves buceadoras. Las investigaciones señalan que las aves pueden reducir la envergadura de sus alas bajo el agua no simplemente para ahorrar energía, sino también para ganar velocidades más rápidas. Al mismo tiempo, los datos muestran que cuando un solo vuelo supera los 15,5 metros, volar es más eficiente energéticamente que nadar, lo que es coherente con la lógica de que las aves prefieren volar en lugar de bucear cuando se desplazan largas distancias.
Actualmente, el robot aún se encuentra en la etapa de prueba de laboratorio, y la investigación y el desarrollo futuros se centrarán en la navegación autónoma, la mejora de la adaptabilidad al entorno del agua de mar y el aumento de la resistencia. Se informa que el costo de fabricación del robot es de aproximadamente 300 dólares estadounidenses y el equipo ha abierto los archivos de diseño CAD. El líder del proyecto, Raphael Zufferey, profesor asistente de ingeniería mecánica en el MIT, dijo que la visión es permitir a los oceanógrafos, biólogos marinos y comunidades costeras utilizar este "dron anfibio" de bajo costo para el monitoreo ambiental, la recolección de muestras u observación de la vida marina. Los resultados de la investigación relevantes se han publicado en la revista autorizada Science.