Si hay unos dispositivos tecnológicos que están avanzando a pasos agigantados en los últimos años, esos son los drones. Los conocidos como UAV (siglas en inglés de vehículo aéreo no tripulado) tienen un papel clave en guerras como la de Ucrania y Rusia, pero también realizan tareas como la entrega de mercancía de larga distancia o participan en tareas agrícolas para jubilar a los tractores. Los hay de todas las formas y tamaños imaginables, pero los que están ganando impulso en los últimos años son los que imitan el vuelo y la morfología de los pájaros, también gracias a proyectos españoles.

Hoang-Vu Phan y Dario Floreano, ingenieros de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL), en Suiza, son los últimos en contribuir a esta tendencia. En un artículo publicado en Science Robotics detallan el proceso de diseño, construcción y experimentación de LisDrone, un dron diseñado a imagen y semejanza de los halcones. Su objetivo era replicar maniobras de alabeo (movimientos rápidos hacia los lados en torno al eje central) y para ello estudiaron a fondo cómo estas aves rapaces son capaces de girar hasta 180 grados moviendo únicamente la cola.

Para conseguir un resultado similar, elaboraron el esqueleto del dron con estructuras de espuma similares a plumas, alas capaces de transformarse para conseguir diferentes envergaduras y una cola con capacidad para girar alrededor del eje central. Para comprobar su viabilidad y la facilidad con la que el LisRaptor podía realizar la maniobra de alabeo, recurrieron a un túnel de viento cubierto, abriendo la puerta a nuevos diseños con gran potencial en labores de seguridad y espionaje. 

Imitando a las aves

Este no es el primer dron biomimético desarrollado por los ingenieros del EPFL. Su departamento de robótica lleva años trabajando en "el estudio, diseño y control de robots aéreos ágiles con capacidades sensoriales y motoras que puedan moverse y trabajar en entornos muy diferentes".

Para ello se han inspirado en la naturaleza, aplicando principios y mecanismos biológicos de todo tipo de insectos y aves en dispositivos cada vez más sofisticados. En el caso de los halcones, y subespecies como los peregrinos, resulta especialmente interesante estudiar cómo logran ser los más rápidos del planeta, alcanzando velocidades en vuelo en picado entre los 230 a 360 km/h.

"El viraje es una maniobra de vuelo común en aves y aviones. Para iniciar el giro, mientras que las aeronaves tradicionales se apoyan en los alerones, la mayoría de las aves utilizan diversas técnicas de control asimétrico de las alas para girar el cuerpo y redirigir así el vector de sustentación en la dirección del giro. Sin embargo, cuando buscan a sus presas, las rapaces planeadoras ejecutan giros ladeados constantes sin mostrar movimientos observables de las alas, aparte de la torsión de la cola alrededor del eje del cuerpo", indican los investigadores en su artículo. 

Para intentar emular en un pequeño dron la capacidad única de aves como los halcones, Phan y Floreano estudiaron a fondo la anatomía de estos pájaros y recurrieron a materiales ligeros para crear huesos y articulaciones. También fabricaron con estos elementos las bases de las alas y la cola, incorporadas al cuerpo central y cubiertas de 'plumas' hechas a partir de espuma.

Para conseguir la máxima fidelidad a la hora de realizar la maniobra de alabeo, el equipo de ingenieros estudió a fondo distintos vídeos de halcones, donde descubrieron cómo estos 'manipulaban' su cola para iniciar estos giros. Una vez construido, el siguiente paso del LisRaptor fue introducirlo en un túnel de viento para poner a prueba sus capacidades.

En sucesivos vuelos en un entorno controlado, el dron demostró que un simple giro de cola, sin necesidad de utilizar las alas, estaba detrás de esa compleja maniobra. Así fue como descubrieron que la proximidad entre ambos elementos, alas y cola, es lo que generaba una elevación asimétrica. Con una ligera torsión de la cola, el flujo de viento acompañaba el cambio de rumbo: el ave artificial se inclinaba hacia un lado y apuntaba ligeramente hacia arriba, evitando el estancamiento. 

Así, estas pruebas confirmaron que el movimiento y cabeceo coordinados de la cola con la morfología asimétrica del ala son fundamentales para lograr tanto giros estables a baja velocidad como giros bruscos a alta velocidad. "Estos hallazgos contribuyen a la comprensión de los comportamientos de vuelo de las aves, difíciles de estudiar en entornos controlados de laboratorio, y proporcionan estrategias de control eficaces para drones ágiles con superficies aéreas morfológicas", señalan los investigadores en su estudio.

Otros pájaros-dron

La idea de aprovechar la fisiología de los pájaros para fabricar UAVs no es nueva. Por ejemplo, en 2021 se presentó en España el V-Raptor, un dron cuyo fuselaje se ha recubierto con un vinilo que da la apariencia de un águila. Su aplicación principal es evitar la muerte de aves en plantas de energía eólica, donde las palas de los enormes aerogeneradores pueden resultar fatales, aunque también puede llevar a cabo labores de vigilancia y espionaje.

Desarrollado por la empresa española Ventor, sus responsables han replicado el águila de Bonelli -o águila perdicera-, un ave rapaz que caza a otras aves en pleno vuelo. El dibujo vinilado que han incorporado al dron son fotografías reales del ave y además se ha diseñado para que las alas se encuentren en posición de ataque. La apariencia infunde miedo en el resto de aves y las obliga a alejarse de la zona de los aerogeneradores, evitando de esta manera que terminen chocándose con alguna de las palas. 

Sin embargo, el diseño más sorprendente de los últimos años corresponde a Aníbal Ollero, profesor de la Universidad de Sevilla (US) y todo un experto en robótica aérea de vehículos no tripulados, como atestiguan sus más de 20 años de experiencia en este ámbito. Él es el ingeniero principal de un prototipo que, emulando la manera de volar de las aves batiendo las alas, acabó posándose de forma autónoma en una rama como si fuera un pájaro real, en pruebas realizadas tanto en interior como en exterior.

Más allá de la investigación, la industria militar es una de las más interesadas en este tipo de dispositivos. Así lo atestigua el desarrollo en China de Small Falcon, dotado de la capacidad de plegar las alas mientras aletea, ajustar su velocidad, plegar un ala de forma independiente y bloquear ambas para maniobras de planeo. 

Cuenta con un camuflaje natural que le permite mezclarse con el entorno, haciéndolo menos detectable tanto para el radar como para los diferentes sensores electroópticos o la visualización ocular directa. Incluso pueden incorporar pequeñas cargas explosivas para ejecutar ataques de precisión en escenarios de operaciones especiales.