60 inventos que nos cambiaron la vida. Emmanuelle PouydebatЧитать онлайн книгу.
que se conoce entre todos los vertebrados sometidos a una maniobra aérea voluntaria, con excepción de los pilotos de caza. A esa velocidad, evitar los obstáculos es una hazaña. Por otra parte, el colibrí realiza proezas que envidian muchos ingenieros aeronáuticos: vuelo estacionario, vuelo hacia atrás o sobre el dorso, vuelos en picada, cambios rápidos de velocidad de vuelo y de orientación del cuerpo, giros sobre sí mismo: todo eso para llegar a las flores de difícil acceso. Increíble vuelo multidireccional del pájaro más pequeño del mundo…
Récords de velocidad y de precisión, de las aves rapaces en particular que realizan otras proezas. Por ejemplo, el halcón peregrino (Falco peregrinus) vuela a un máximo de 200 veces su longitud por segundo. Ciertamente, esto es dos veces menos que el colibrí, pero de todos modos representa una velocidad de casi 400 km/h, y maneja perfectamente la ralentización final para capturar una presa. Las aves rapaces combinan velocidad y precisión, y por lo tanto constituyen un modelo especialmente pertinente para la ingeniería aeronáutica: Leonardo da Vinci había estudiado su vuelo con el objetivo de crear un avión con alas oscilantes. El murciélago, por su parte, es especialista en evitar obstáculos. Seguramente gracias a la maqueta de murciélago de Leonardo da Vinci, trescientos años más tarde, Clément Ader hizo despegar un avión por primera vez. Porque este pequeño mamífero tiene una sustentación variable y un sonar de alto rendimiento, que le permiten realizar vuelos nocturnos evitando los obstáculos y cazando insectos: un verdadero sueño para los pilotos, ¡sobre todo los militares!
¿Récords de velocidad, de cambios de dirección, de precisión, de evitación de obstáculos? ¡Hay una especie que muestra récords en términos de turbulencias y de reducción de ruido! En efecto, investigadores franceses se interesan mucho por la arquitectura y las capacidades de adaptación de las alas del águila. Lo tienen todo para mejorar la aerodinámica, las tecnologías furtivas y la economía de energía de los aviones del futuro. ¡Una maravilla de ingeniería! Responde, de hecho, a dos problemáticas mayores sobre las que trabajan los investigadores: la capacidad de un ala para deformarse en tiempo real y el efecto de las pequeñas plumas periféricas que rompen las turbulencias y reducen el ruido. (1) Se descubrieron así notables soluciones bioinspiradas observando águilas en la Roca de las Águilas de Rocamadour y en la isla de Ramier. En efecto, gracias a ese sofisticado sistema muscular y nervioso, y perfectamente adaptado al medio aéreo, las águilas explotan el impacto del viento en sus alas, para deformarlas de un modo óptimo. Hacen vibrar sus alerones y sus plumas de diferentes tamaños para aumentar su sustentación en el momento de capturar la presa y al manejar esas vibraciones, rompen la formación de las turbulencias reduciendo los remolinos. De este modo, se debilitan la fuerza de fricción y las vibraciones sonoras, y las águilas pueden lanzarse sobre su presa sin que esta tenga tiempo de oírlas y notarlas. Además, arquean las alas hacia abajo y vuelven a aumentar su sustentabilidad para alejarse volando rápidamente tras la captura. ¡Todas estas adaptaciones les dan a los investigadores nuevas pistas para crear las alas del avión del futuro! Esperan que, en el futuro, las alas sean flexibles y capaces de arquearse y vibrar a diferentes frecuencias para aumentar el rendimiento aerodinámico durante el vuelo. Deformables y vibrantes, permitirán reducir el consumo de carburante y el ruido, tanto en el despegue, como en el aterrizaje. Cuando el rendimiento y la ecología se unen…
Cuando los insectos voladores inspiran a los microdrones
¡Atención! Después de los récords de los pájaros, veamos las proezas de algunos insectos de vuelos con alas batientes y otros vuelos estacionarios. Cuando la deformación anatómica de la libélula (odonatas) se pone al servicio de los sensores del futuro, el miniaturismo se convierte en una apuesta fundamental… En efecto, los investigadores de todo el mundo inventan sus propios microdrones, artefactos aéreos en miniatura, de apenas algunos centímetros. Un microdrón, que representa la tercera generación de drones, puede ser utilizado en el marco de la investigación y de la asistencia a víctimas, de la vigilancia por parte de las autoridades, la detección de agentes químicos o biológicos, etc. Las acciones se articulan en torno al reconocimiento en espacios confinados, a la combinación del vuelo de desplazamiento (de tipo avión) con el vuelo de observación (de tipo helicóptero), al pasaje del vuelo exterior al vuelo interior venciendo los obstáculos, etc. Los microdrones de exterior deben mejorar todavía sus cualidades aerodinámicas y su rapidez, mientras que los microdrones de interior necesitan más estabilidad, dominio de la inmovilidad y una detección más eficaz de los obstáculos.
Para alcanzar estos objetivos de innovación, los estadounidenses se inspiran en los increíbles colibríes (Trochilidae), y los alemanes, en las gaviotas (Laridae). ¿Y los franceses? Los franceses centran su atención en un insecto excepcional: ¡la libélula! En efecto, los cohetes, los aviones y los helicópteros usan técnicas de vuelo variadas y eficaces. Sin embargo, el vuelo de alas batientes de los pájaros y de las libélulas pareció durante mucho tiempo una hazaña tecnológica inimitable. Crear una aeronave de alas batientes representó entonces un desafío y un sueño de muchos inventores. El ornitóptero de Leonardo da Vinci, una máquina semejante a alas de pájaro activadas por la fuerza muscular humana, lamentablemente nunca voló. Inspirándose en el vuelo de los insectos y tratando toda su vida de reproducirlo, sin éxito, Étienne Œhmichen murió en la ruina y en el más absoluto anonimato.
Siglos de intentos. Pero no en vano. Y la apuesta es enorme, porque las demás clases de microdrones no son satisfactorios. Los microdrones de tipo avión son rápidos, pero no pueden realizar vuelos estacionarios. Los de tipo helicóptero son lentos, ruidosos y muy costosos en el plano energético. A la inversa, los microdrones de alas batientes tienen el potencial de ser económicos y miniaturizables hasta un centímetro, son muy eficaces, silenciosos y capaces de vuelos estacionarios. Encontramos, por ejemplo, el dron-colibrí norteamericano, que prefigura la era de los nanodrones, el SmartBird alemán ultraligero, con una maniobrabilidad excepcional e incluso el minúsculo DelFly neerlandés, libélula robot de 20 g, que evita los obstáculos, ya que posee una visión 3D, que podría tener innumerables aplicaciones en el terreno del espectáculo, del deporte, de la búsqueda de víctimas y también de la agricultura. Pero todavía no somos capaces de producir en gran cantidad ese tipo de dron, ni de reducir mucho su tamaño por los problemas relacionados con la batería. ¡Los desafíos a enfrentar ocuparán seguramente a los investigadores durante décadas! (2)
Y ese es el objetivo del proyecto Remanta que, bajo la égida del Ministerio de Defensa de Francia, intenta realizar, desde hace unos quince años, un robot libélula de 15 cm y 20 g. (3) El objetivo original de ese proyecto reside en la reproducción de la deformación vibratoria del tórax de la libélula: la misma deformación que hace batir sus alas a alta frecuencia con un mínimo de energía. Ese trabajo muestra de un modo fascinante que un insecto de ese tamaño, al igual que el microdrón, se apoya en los torbellinos aéreos para propulsarse o mantenerse en vuelo estacionario. Otro desafío importante: inventar los sensores del futuro, que permitirán que un microdrón detecte cualquier obstáculo, especialmente encontrando la velocidad de desplazamiento y equilibrándola, como lo hacen una mosca o una libélula con sus ojos para controlar trayectoria y altitud. Esperemos que este proyecto se pueda realizar. A la bioinspiración francesa, que durante mucho tiempo sufrió una especie de compartimentación de las disciplinas, a veces le cuesta encontrar financiación…
Pero hay un proyecto que se llevó a cabo. Los insectos gozan de una percepción excepcional de su ambiente, que les permite evitar los obstáculos a pesar de su alta velocidad de desplazamiento. No se necesitaba más para inspirar a los investigadores. Imaginemos un dron capaz de volar según el relieve, un dron capaz de evitar los obstáculos sin medida de velocidad o de altitud. Algunos investigadores franceses no solo lo imaginaron, sino que lo hicieron. Especialistas en biorrobótica crearon el primer robot que vuela eficazmente sobre un terreno accidentado sin acelerómetro, gracias a un ojo bioinspirado. (4) Les presento a BeeRotor, inspirado, entre otras cosas, en los ojos de las abejas. Este robot de alrededor de 50 cm puede desplazarse dentro de un túnel sin chocar con obstáculos verticales, ni con las paredes desiguales y en movimiento. Evita perfectamente los obstáculos sin acelerómetro. Pero todas las aeronaves, desde el “simple” dron hasta un cohete, pasando por un avión, están provistas de acelerómetros que les proveen datos indispensables,