{"id":778,"date":"2020-09-08T13:08:00","date_gmt":"2020-09-08T12:08:00","guid":{"rendered":"http:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/?p=778"},"modified":"2020-09-08T13:08:00","modified_gmt":"2020-09-08T12:08:00","slug":"pequenos-drones-maniobran-de-manera-mas-parecida-a-la-de-los-pajaros","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/2020\/09\/08\/pequenos-drones-maniobran-de-manera-mas-parecida-a-la-de-los-pajaros\/","title":{"rendered":"Peque\u00f1os drones maniobran de manera m\u00e1s parecida a la de los p\u00e1jaros."},"content":{"rendered":"\n

Los drones son sistemas que tiene variadas aplicaciones, desde hacer v\u00eddeos musicales o similares espectaculares hasta la posibilidad de ser usados en misiones militares de alto riesgo. Pero tiene un problema bastante grave: son relativamente \u00abtorpes\u00bb al moverse por el aire, si los comparamos con las maniobras que cualquier p\u00e1jaro o insecto es capaz de realizar.<\/p>\n\n\n\n

En un art\u00edculo reciente un grupo de investigadores logr\u00f3 mejorar lo suficiente el dise\u00f1o de drones con alas relativamente peque\u00f1os como para que pudiera maniobrar mucho m\u00e1s.<\/p>\n\n\n\n

Comienzan el art\u00edculo se\u00f1alando que el sistema de vuelo mediante aleteo es mucho m\u00e1s vers\u00e1til que el sistema de vuelo mediante alas fijas o rotores, que generalmente se usan en los dise\u00f1os humanos. Contin\u00faa comentando que si bien hay alg\u00fan veh\u00edculo alado peque\u00f1o que use aleteo y puede realizar varias maniobras, como volar hacia delante y hacia atr\u00e1s, en c\u00edrculos y otras, sigue siendo muy raro que puedan permanecer suspendidos en el aire.<\/p>\n\n\n\n

El mayor problema no es tanto imitar las formas y estructuras observadas en la naturaleza en animales voladores peque\u00f1os, como las p\u00e9rdidas por la transmisi\u00f3n que se producen desde el motor, que puede ser mucho m\u00e1s potente que el sistema vivo hasta las alas, independientemente del tipo de control o tecnolog\u00eda que el sistema de vuelo del robot tenga. Como ejemplos de tecnolog\u00edas de vuelo citan alas flexibles que pueden rotar de manera pasiva, sin ayuda de ning\u00fan motor y almacenamiento el\u00e1stico de energ\u00eda para recuperar parte de la potencia del movimiento.<\/p>\n\n\n\n

De hecho, las ganancias aerodin\u00e1micas por usar aleteo pueden llegar a perderse debidos a las p\u00e9rdidas de energ\u00eda en los engranajes del mecanismo. Los autores del art\u00edculo ven que la mayor fuente de p\u00e9rdidas energ\u00e9ticas en la mec\u00e1nica del robot es el \u00e1ngulo del eje de rotor cuando se quiere realizar alguna maniobra con las alas. De hecho, comprobaron que en sistemas de transmisi\u00f3n directa desde el motor hasta el ala, es el problema del giro del eje el que causa mayor cantidad de p\u00e9rdidas por rozamiento. <\/p>\n\n\n\n

Por eso dise\u00f1aron un sistema de transmisi\u00f3n m\u00e1s eficiente, con sistemas el\u00e1sticos para prevenir el giro del eje y rodamientos, de manera que minimizaron las p\u00e9rdidas de energ\u00eda por rozamiento y pudieron adem\u00e1s hacer que las alas realizaran giros mucho m\u00e1s bruscos de lo habitual. Adem\u00e1s, para aumentar la maniobrabilidad de su robot le a\u00f1adieron una aleta en la cola, como hacen muchos p\u00e1jaros.<\/p>\n\n\n\n

Su dise\u00f1o, en la figura siguiente, usa rodamientos para estabilizar el eje y Nylon como material el\u00e1stico capaz no s\u00f3lo minimizar los problemas de giro, sino tambi\u00e9n de almacenar parte de esa energ\u00eda el\u00e1stica y usarla en maniobras de vuelo.<\/p>\n\n\n\n

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Esquema del sistema de transmisi\u00f3n. Los rodamientos, \u00abbearings\u00bb en ingl\u00e9s, est\u00e1n marcados en rosa, mientras bisagras de Nylon en l\u00edneas tenues violetas. La transmisi\u00f3n de la fuerza del motor al ala se hace mediante una biela, que es parcialmente visible en el esquema central. La foto de la derecha es una vista superior de todo el sistema de transmisi\u00f3n.
De la figura 2.D<\/strong> del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Como se ve, el Nylon se emplea en el sistema que tiene que doblarse para transmitir parte del movimiento del motor a los ejes que soportan las alas, que a su vez son tambi\u00e9n el\u00e1sticos. Este sistema les permite tener un motor m\u00e1s peque\u00f1o para generar el mismo empuje que uno m\u00e1s grande con h\u00e9lice, un sistema m\u00e1s habitual.<\/p>\n\n\n\n

Al tener una cola que se puede mover, cuando la cola est\u00e1 en posici\u00f3n que los autores denominan \u00abneutra\u00bb, resulta que el robot presenta estabilidad pasiva, sin necesidad de sistemas activos en varias situaciones de inter\u00e9s(1). Esencialmente, cuando se queda quieto en una posici\u00f3n y cuando planea. Adem\u00e1s, al ajustar la posici\u00f3n de la cola se puede ajustar la actitud(2). En general, la estabilidad del robot cuando estaba quieto depende del efecto pendular, que se consigue colocando las alas que generan el empuje por encima del centro de gravedad, como los canarios. Sin embargo, este sistema no pod\u00eda emplearse directamente en planeo, porque el centro de gravedad ya no est\u00e1 por encima de las alas. Para mantener la estabilidad en planeo, tuvieron que modificar tanto el sistema motor como la cola, haciendo esta \u00faltima con una superficie similar a la de las alas, como la figura siguiente muestra.<\/p>\n\n\n\n

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Fotos de frente y de perfil del robot. G indica el centro de gravedad del aparato, T el empuje que genera y W su peso. Por eso indica que T>W para elevarse verticalmente. Adaptada de la figura 1.A<\/strong> del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Con este dise\u00f1o, pudieron controlar el robot de una manera tan espectacular como la que muestra la figura de abajo, que resume todas la maniobras que puede realizar.<\/p>\n\n\n\n

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Ilustraci\u00f3n de todas las maniobras posibles. En naranja, la subida y permanencia est\u00e1tica, en verde el vuelo casi paralelo, en el recuadro superior derecho el giro brusco deltante de un obst\u00e1culo y en amarillo el vuelo inclinado y subida. Adaptado del art\u00edculo citado, pel\u00edcula 1<\/strong>. <\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

El art\u00edculo contin\u00faa explicando alg\u00fan detalle m\u00e1s t\u00e9cnico, proporcionando algunas relaciones b\u00e1sicas para entender que gran parte de la maniobrabilidad demostrada se debe a su capacidad de cambiar r\u00e1pidamente y sin un gran consumo de energ\u00eda el coeficiente de rozamiento ofrecido, lo que le permite emplear el aerofrenado para moverse, a semejanza de varios p\u00e1jaros. Posteriormente, comparan su sistema con otros sistemas de vuelo en t\u00e9rminos de capacidad de proporcionar empuje respecto a la potencia el\u00e9ctrica consumida(3), observando que su sistema presenta la mayor pendiente de todos, como indica la figura de abajo.<\/p>\n\n\n\n

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Potencia el\u00e9ctrica media consumida frente a empuje proporcionado. Los c\u00edrculos y tri\u00e1ngulos son diversos tipos de h\u00e9lices, las aspas rojas su dise\u00f1o con bisagras r\u00edgidas y las aspas azules su dise\u00f1o con aspas de Nylon. Su mayor capacidad es clara. Adaptado de la figura 4.A <\/strong>del art\u00edculo citado.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Termina el art\u00edculo con detalles muy t\u00e9cnicos sobre como puede maniobrar tan bien el robot, y examinando tambi\u00e9n parte de los m\u00e9todos empleados en sus mediciones.<\/p>\n\n\n\n

El art\u00edculo se public\u00f3 en la revista Science Robotics, volumen 5<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

(1) La diferencia, en general, entre sistemas pasivos y activos est\u00e1 en que los sistemas activos precisan de alg\u00fan tipo de reacci\u00f3n, y por lo tanto consumo de energ\u00eda, tanto en el c\u00e1lculo como la producci\u00f3n de esa reacci\u00f3n, mientras que los pasivos se regulan sin necesidad de intervenci\u00f3n externa.<\/p>\n\n\n\n

(2) La actitud del robot no tiene nada que ver con su comportamiento, sino con su orientaci\u00f3n respecto al plano. As\u00ed, el \u00e1ngulo de actitud del robot es el \u00e1ngulo respecto al plano del suelo del mismo.<\/p>\n\n\n\n

(3) Como usan motores que trabajan a voltajes constantes, esta potencia el\u00e9ctrica es el producto directo del voltaje que consume el motor por la intensidad de corriente, VI, y as\u00ed lo representan.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Los drones son sistemas que tiene variadas aplicaciones, desde hacer v\u00eddeos musicales o similares espectaculares hasta la posibilidad de ser usados en misiones militares de alto riesgo. Pero tiene un problema bastante grave: son relativamente \u00abtorpes\u00bb al moverse por el aire, si los comparamos con las maniobras que cualquier p\u00e1jaro o insecto es capaz de … Continuar leyendo \u00abPeque\u00f1os drones maniobran de manera m\u00e1s parecida a la de los p\u00e1jaros.\u00bb<\/span><\/a><\/p>\n","protected":false},"author":378,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[2],"tags":[32,54],"class_list":["post-778","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-articulo-interesantes","tag-ingenieria","tag-robotica"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/778","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/users\/378"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=778"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/778\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=778"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=778"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/blog.uclm.es\/gonzalorprieto\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=778"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}