El avión anfibio desarrollado por la EPFL y el MIT está inspirado en los animales que bucean: despega, se sumerge, vuelve a la superficie y regresa al aire sin cambiar de propulsión.

Cruzar la frontera entre el aire y el agua representa uno de los desafíos más complejos de la robótica. Ambos entornos poseen propiedades físicas profundamente diferentes: el agua es aproximadamente mil veces más densa que el aire y requiere estrategias de propulsión, control y consumo de energía completamente distintas. Por esta razón, los robots anfibios desarrollados hasta la fecha generalmente han utilizado sistemas separados para el vuelo y la natación, o han tenido que depender de hélices, flotadores o plataformas de lanzamiento para regresar al aire.

Un grupo de investigadores de École Polytechnique Federal de Lausanne (EPFL) y Massachusetts Institute of Technology (MIT) En cambio, ha demostrado que es posible abordar ambos modos de locomoción con una única arquitectura mecánica. El resultado es el Vehículo aéreo-acuático de alas batientes (FAAV), un robot bioinspirado que puede nadar bajo el agua, salir a la superficie e inmediatamente reanudar el vuelo simplemente continuando batiendo sus alas. El estudio fue publicado en la revista científica Ciencias:.

El proyecto surge de la observación de un pequeño grupo de aves marinas capaces de navegar con eficacia en ambos entornos. Los colimbos, las gaviotas, los frailecillos y los petreles utilizan las mismas alas para generar sustentación durante el vuelo e impulso durante la natación, adaptando su movimiento a las características del fluido en el que se desplazan. Trasladar esta capacidad a un sistema robótico requirió años de estudio de la biomecánica animal y numerosos ensayos experimentales.

El director principal de investigación es Rafael ZuffereyActualmente es profesor asistente en el MIT, tras un periodo de investigación en la EPFL. El objetivo inicial no era tanto construir un nuevo dron anfibio como comprender los principios que permiten a las aves buceadoras superar una transición que, desde una perspectiva de ingeniería, parece extremadamente difícil.

Alas flexibles y un único sistema de propulsión para dos entornos opuestos.

El FAAV pesa menos de 300 gramos y consta de un fuselaje central impermeable, dos alas flexibles y una cola giratoria. Dentro del cuerpo hay una batería y un motor eléctrico impermeable que, a través de un cigüeñal, proporciona a las alas el movimiento oscilante necesario tanto para nadar como para volar. Las membranas de las alas también están cubiertas con nanopartículas hidrofóbicas, que favorecen el rápido desprendimiento del agua durante la emergencia.

Uno de los aspectos más interesantes se refiere a la modularidad del sistema. Los investigadores han creado tres configuraciones de alas diferentes, con aberturas de 60, 80 y 100 centímetrospara comprender qué combinación producía el mejor compromiso entre sustentación, empuje y maniobrabilidad. Las pruebas demostraron que la solución intermedia 80 cm Garantiza el comportamiento más equilibrado tanto en el agua como en el aire.

La flexibilidad de las alas ha demostrado ser igualmente crucial. Las estructuras demasiado rígidas mejoran el vuelo, pero aumentan la resistencia hidrodinámica; las alas excesivamente deformables facilitan la natación, pero no generan suficiente sustentación al salir a la superficie. Por lo tanto, el comportamiento óptimo resulta de un compromiso muy similar al que evolucionaron las aves marinas a lo largo de millones de años.

Pruebas entre el tanque experimental de la universidad y el lago Ginebra.

Para verificar el funcionamiento del robot, el grupo llevó a cabo una larga serie de pruebas primero en un tanque experimental y luego en Lago de GinebraEn Suiza, durante cada prueba, el vehículo se posicionó a medio metro de profundidad y se programó con diferentes frecuencias de aleteo y distintas inclinaciones de la cola. El objetivo era identificar las combinaciones capaces de garantizar una transición estable del agua al aire sin pérdida de control.

Los resultados demostraron que el robot puede nadar a velocidades cercanas a un metro por segundo con una frecuencia de aproximadamente cinco pulsaciones por segundo, mientras que en vuelo alcanza aproximadamente seis metros por segundo manteniendo una frecuencia similar. El rendimiento es sorprendentemente cercano a los valores observados en aves buceadoras de tamaño comparable.

La fase más delicada es cruzar la superficie. Para evitar que las puntas de las alas golpeen el agua durante el aleteo, el robot debe adoptar una inclinación de aproximadamente Grados 70Un ángulo menor impide el despegue, mientras que un ángulo mayor aumenta el riesgo de que la aeronave caiga inmediatamente al agua. La combinación de la envergadura, la frecuencia de oscilación y el ángulo de inclinación de la cola crea, por lo tanto, un equilibrio extremadamente preciso que permite al FAAV pasar de un entorno a otro sin interrumpir el movimiento de sus alas.

El despegue se realiza con éxito sin la ayuda de piernas ni propulsores adicionales.

La combinación identificada por los investigadores permite al FAAV completar toda la secuencia sin necesidad de hélices adicionales, flotadores ni otros propulsores. Tras nadar bajo el agua, el vehículo orienta su cuerpo hacia arriba mediante su cola motorizada, continúa batiendo sus alas y utiliza el empuje acumulado para emerger. A medida que el fuselaje se eleva sobre el agua, este mismo movimiento genera la sustentación necesaria para mantenerse en el aire.

La capacidad de completar esta transición sin usar sus patas también distingue al robot del comportamiento de muchas aves buceadoras. Varias especies, cuando necesitan recuperar altitud, reman en la superficie para aumentar su velocidad antes de despegar. El prototipo desarrollado entre Lausana e Cambridge En cambio, logra transformar directamente el latido del corazón bajo el agua en una maniobra de despegue.

Rafael Zufferey Explicó que la ausencia misma de un aparato equivalente a las piernas era una de las cuestiones centrales de la investigación.

"Si observamos a las aves, la mayoría tiene que impulsarse con las patas sobre la superficie del agua para despegar. La pregunta era si sería necesario hacer lo mismo con los robots, pero descubrimos que no. Nadie había logrado hasta ahora volar fuera del agua usando sus alas."

El resultado no depende de un solo componente, sino de la interacción entre geometría del alaelasticidad de la membrana, frecuencia de oscilación y ajuste de la cola. Una pequeña variación en cualquiera de estos parámetros puede impedir el ascenso a la superficie o provocar una transición inestable al vuelo. Por lo tanto, el FAAV funciona como un sistema integrado, en el que la mecánica debe adaptarse simultáneamente a la resistencia hidrodinámica y a los requisitos aerodinámicos.

La comparación con los animales también permitió el estudio controlado de algunos principios que son difíciles de aislar en la naturaleza. Las aves modifican continuamente su postura, articulaciones y amplitud del ritmo cardíaco; el robot, por el contrario,

Permite establecer valores precisos y observar cómo cada elección afecta la velocidad, la estabilidad y la capacidad de cruzar la superficie. El prototipo se convierte así no solo en un posible medio operativo, sino también en una herramienta para analizar la biomecánica de la locomoción de los anfibios.

Desde icebergs hasta puertos, las misiones ya imaginadas en el mar.

Las solicitudes consideradas por el grupo se refieren principalmente a:exploración oceánica y la recopilación de datos en áreas de difícil acceso o riesgo para embarcaciones tradicionales. Un vehículo ligero podría zarpar desde la costa o un barco, volar rápidamente a la zona a inspeccionar, sumergirse para tomar medidas o recolectar muestras y luego regresar a la base con la información recopilada.

Algunos ejemplos son: iceberg, infraestructura portuaria y áreas frecuentadas por cetáceos. En cada uno de estos entornos, la capacidad de alternar entre aire y agua evitaría tener que utilizar dos medios diferentes, uno aéreo y otro subacuático, o recuperar manualmente el dispositivo después de cada inmersión.

Zufferey describió una posible misión en la que oceanógrafos, biólogos marinos y comunidades costeras lanzarían el robot desde un barco o directamente desde la orilla.

"Nuestra visión es que el robot vuele cerca de un área de interés —por ejemplo, un iceberg, una instalación portuaria o un grupo de ballenas—, se sumerja para tomar una medida o recolectar una muestra, y luego regrese para entregar los datos a una fracción del costo de los métodos tradicionales. Posteriormente, podría partir para otra inmersión."

La referencia a los costos aún no equivale a una evaluación económica completa. El FAAV sigue siendo un prototipo experimental La investigación no ofrece una comparación operativa con buques oceanográficos, vehículos submarinos autónomos ni drones comerciales. La ventaja potencial radica principalmente en la reducción de las operaciones de lanzamiento y recuperación, así como en la capacidad de cubrir distancias en vuelo que un pequeño vehículo submarino recorrería más lentamente.

Incluso con un peso inferior a 300 gramos, presenta tanto una oportunidad como una limitación. Un dispositivo tan ligero se puede transportar y desplegar fácilmente, pero su capacidad para baterías, instrumentos de medición y recipientes para muestras es limitada. Por lo tanto, su uso científico requerirá sensores compatibles con el peso disponible y una protección eficaz contra el agua salada, las colisiones y el oleaje.

Las viradas, el viento y las aguas turbulentas serán las próximas pruebas.

El equipo está modificando las alas para controlar los giros, además del movimiento vertical ya probado. La configuración actual demuestra la continuidad entre la natación, la salida a la superficie y el vuelo, pero un vehículo destinado a misiones reales deberá orientarse con precisión, corregir su rumbo y reaccionar ante perturbaciones sin depender de condiciones de calma.

Las pruebas subsiguientes se referirán, de hecho, a situaciones más parecidas a las que se encuentran en alta mar: aguas agitadas, turbulencia durante la emergencia y viento durante la fase aérea. Las pruebas realizadas en el lago Lemán han verificado el principio de funcionamiento, pero las olas irregulares y las ráfagas pueden alterar el ángulo con el que el robot alcanza la superficie, humedeciendo nuevamente las alas o desestabilizando la transición de un fluido a otro.

Aún queda por determinar cuánto tiempo puede operar el vehículo, qué carga útil científica puede transportar y con qué fiabilidad puede repetir numerosas transiciones consecutivas. Estos elementos distinguen la demostración experimental de una aplicación oceanográfica real y deberán medirse en campañas más extensas.

El estudio involucra, además de la EPFL y el MIT, a investigadores de Colegio indio del noroeste en los Estados Unidos. El trabajo fue financiado en parte por una subvención de la Acciones Marie Sklodowska Curie y Fundación Nacional Suiza para la CienciaLa publicación sobre Ciencias: Documenta, sobre todo, un logro mecánico: un único aparato de ala puede producir el empuje necesario bajo el agua y la sustentación requerida en el aire, sin interrumpir el movimiento durante el ascenso a la superficie.

Antes de que esta arquitectura se convierta en una herramienta estándar para oceanógrafos y biólogos marinos, se necesitarán sistemas de guiado más completos, mayor resistencia a las condiciones ambientales y una capacidad de carga compatible con mediciones y muestreos. Sin embargo, el FAAV ha aclarado el principio fundamental: para desplazarse entre el mar y el aire, no es esencial combinar dos vehículos diferentes, siempre que las alas, la cola y el control de actitud estén diseñados para operar en ambos entornos.

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