Robot con alas para comprender el origen del vuelo.

A través de un conjunto de pruebas recurriendo a un robot con alas, científicos americanos han llegado a la conclusión de que es más probable que el vuelo surgiera en animales que planeaban desde las copas de los árboles, en lugar de especies terrestres que necesitaban recurrir a grandes velocidades batiendo las alas para lograr elevarse del suelo.



Fotografía de Biomimetic Millisystems Labv - Berkeley


Existen dos grandes teorías que en realidad son opuestas sobre el origen del vuelo.

La Teoría del origen arbóreo o "desde los árboles para abajo" defiende que el vuelo surgió en animales que emplearon unas alas primitivas para deslizarse desde las alturas de los árboles allá por el Mesozoico donde las aves tenían plumas que cubrían el cuerpo para controlar la temperatura corporal. Estas plumas, tenían cierta longitud y firmeza por lo que les ayudaría en ciertos planeos como el de las ardillas o el de las lagartijas voladoras.

Se cree que las primeras aves tenían la capacidad de trepar gracias a una especie de dedos y garras en las alas, como los que tenían los fósiles de Archaeopteryx de forma que estas aves primitivas después de trepar se dejaban caer de las ramas de los árboles realizando planeos cortos para huir de sus depredadores o atrapar sus presas.

La otra teoría, es la teoría "desde el suelo para arriba" que sostiene que los ancestros de las aves emplearon unas alas primitivas para corretear sobre pendientes escarpadas de forma que el primer animal que logró volar como un ave, lo hizo corriendo a una velocidad muy elevada al batir unas alas primitivas para lograr elevarse del suelo.

El problema con esta última teoría, es la enorme velocidad necesaria para poder alcanzar una velocidad de despegue ya que previamente se había dicho que el animal que viviera en el suelo, tendría que triplicar su velocipad para lograr el despegue. Una de la complicaciones para poder descubrir cuál es la teoría correcta, es que la evidencia fósil hasta el día de hoy ha sido demasiado escasa como para poder resolver el asunto de una forma clara.

Ahora, en un estudio recién publicado en Bioinspiration & Biomimetics por Ronald Fearing y Kevin Peterson, ingenieros de Berkeley, han logrado crear un robot inspirado en un animal, denominado "DASH+Wings" para poder determinar cuál de las dos teorías es la más probable.

El DASH+Wings es un robot de 25 gramos, que es una modificación de un pequeño robot de seis patas llamado DASH (Dynamic Autonomous Sprawled Hexapod) uno de los muchos robots que se han desarrollado para reconocimiento de terrenos que fue originalmente empleado para aplicaciones militares.

Trabajando en otro proyecto, se realizaron modificaciones de forma que el robot tuviera una locomoción híbrida, donde el aleteo de las alas y la locomoción de las patas fuera simultánea para poder impulsar al robot. Una vez que se añadieron las alas al DASH, los ingenieros se fijaron que podría ser una herramienta útil para investigaciones en cuestiones de evolución por lo que se decidió asociar al proyecto a Robert Dudley, un paleobiólogo también de Berkeley.

Con este robot se hicieron "mini eventos olímpicos" de forma que se hizo correr al robot tan rápido como fuera posible a través del suelo para poder medir su velocidad, que subiera por rampas cada vez empinadas (desde 5,6º hasta 16,9º) para ver la inclinación máxima que era capaz de hacer y por último que saltara desde una plataforma para deslizarse lo más lejos posible para ver el rendimiento en planeo en vuelo libre. También se comprobó la capacidad del animal con o sin alas, diferentes modificaciones anatómicas o diferentes formas biomecánicas en el planeo.

Tener un par de alas con la capacidad de batirse, ayudó en todas las pruebas. El aleteo aumenta la velocidad del robot en un 90%, pasando de 0,68 m/s a 1,29 m/s, y también le permite subir pendientes (lo cual es importante para una posible aplicación de un robot híbrido en usos civiles y militares). Sin embargo, este 90% estaba lejos del 400% que se supone que tendrían que incrementar de velocidad para poder levantarse en vuelo.

Según Kevin Peterson, autor principal del estudio , "mediante el uso del robot, pudimos determinar directamente los efectos del rendimiento de batir las alas en una plataforma de ejecución, así como obtener una visión mucho más mecánica de la forma en que las alas trabajan. Con esta información, intentamos construir modelos teóricos de aerodinámica sobre la base de la morfología de los fósiles". "Creemos que este resultado apoya la teoría de que el vuelo aviar evolucionó a partir de los animales arborícolas, y no de los animales terrestres ".

Sin embargo, este estudio no significa que definitivamente la teoría correcta sea la del vuelo a partir desde una plataforma como el árbol, ya que la teorías de los orígenes del vuelo aún están lejos de ser resueltas tal y como afirma Brandon Jackson, biólogo evolutivo de la Universidad de Montana, en Missoula.

Los resultados de este estudio apoyan lo que sería el modelo del planeo desde las copas de los árboles, pero aún así es posible que los ancestros que necesitaban grandes velocidades para el despegue pudieran hacerlo.

De todas formas y quizás lo más importante que se ha logrado con este estudio según los investigadores es que "con estos experimentos se puede demostrar la viabilidad de utilizar modelos de robots para probar las hipótesis de los orígenes de vuelo, y la esperanza de seguir utilizando los modelos de robot para iluminar la cuestión de la evolución de vuelo de aves".

Más información

- Peterson, K.; Birkmeyer, P.; Dudley, R. & Fearing, R. S. (2011). A wing-assisted running robot and implications for avian flight evolution. Bioinspir. Biomim. 6 046008 doi:10.1088/1748-3182/6/4/046008

- Biomimetic Millisystems Labv - Berkeley

- Los animales arborícolas fueron los primeros en volar

- Winged Robots Hint at the Origins of Flight

- Wikipedia: Origen del vuelo de las aves

- Instituto Latinoamericando de Comunicación Educativa - IV. ¿CÓMO SE DESPLAZAN LAS AVES?

- El País - El Origen del vuelo

- Cal brainiacs’ robot roach could save lives in quakes

- Wing-assisted running robot DASH+Wings offers implications for avian flight evolution

- Creepy cockroach-like robot could find earthquake survivors

- 25 Gram Robot Called DASH Wings

- Robotic Bug DASH With Wings Teaches Evolution Of Flight

- Robot com asas ajuda a compreender a origem do voo