Luke Roberts, un m煤sico de 26 a帽os con un corte mohicano en su cabello rubio ceniza y de ment贸n disparejo, se sienta en una mesa llena de cables, piezas de repuesto y robots a medio armar. Detr谩s de 茅l, se vislumbra un robot rojo y negro de tama帽o humano con brazos de cuatro pies de largo y una pantalla gris como rostro. Estamos en el Centro de Rob贸tica de la Universidad de Maryland, en College Park, a 35 minutos de Washington, D.C., donde Robert termin贸 su maestr铆a. Este es el lugar donde las creaciones mec谩nicas de los estudiantes aprenden a caminar, a arrastrarse y hasta a volar.
A diferencia de los dem谩s robots enormes que est谩n en la sala, el de Roberts est谩 compuesto por solo unas pocas barras de fibra de carbono de unas 30 pulgadas, un desorden de cables y sensores, y varios microchips. Pesa, aproximadamente, media libra. 鈥淓l esqueleto es el que tiene todos los sistemas electr贸nicos鈥, explica, mientras se帽ala el controlador de vuelo que traduce los comandos de un piloto humano en un c贸digo computarizado que activa el mecanismo de las alas y de otras piezas vitales. 鈥淓sta es la bater铆a, y este es el cerebro鈥.
Con las bandas de goma que utiliza para atar las alas de tereftalato de polietileno (el material que se usa para hacer la pel铆cula fina que tienen los globos de helio), nos demuestra c贸mo armar el robot. En un instante, la criatura toma forma, con un aspecto que nos hace pensar en un h铆brido entre una lib茅lula y un pterod谩ctilo. Sosteni茅ndolo en su brazo como un cazador medieval sostiene a su halc贸n, Roberts aprieta un bot贸n en su control remoto y el 鈥渁ve鈥, llamada Robo Raven, comienza a agitar sus alas. Despu茅s de examinarla para asegurarse de que ning煤n componente est茅 suelto, cree que ya est谩 lista para hacer un vuelo de prueba. Luego le quita las alas y las guarda para transportar el conjunto al campo de aviaci贸n.
Por la ma帽ana, Roberts llega al campo, rearma el Robo Raven y lo lanza al aire. Comienza a alejarse volando lentamente, y solo se escucha un aleteo tranquilo. El artefacto se ve tan real que los halcones locales atacaron y destruyeron diferentes versiones del robot en varias ocasiones. A diferencia de toda la dem谩s maquinaria a茅rea construida por el hombre, es decir, las monstruosidades met谩licas enormes y ruidosas que nada tienen que ver con la naturaleza, el ave de Roberts se integra al paisaje como un ser vivo m谩s. No existe ning煤n aparato volador hecho por el hombre que haya logrado esta haza帽a. Los helic贸pteros maniobran bien, pero resultan ineficientes porque utilizan combustible para elevarse y propulsarse. Los aviones son mejores en cuanto al uso energ茅tico porque se elevan gracias a sus alas, pero son m谩s dif铆ciles de maniobrar. Los cohetes tienen las mismas desventajas que los dos anteriores y, adem谩s, despegan con una explosi贸n ensordecedora.
Los modernos microveh铆culos a茅reos, m谩s conocidos como drones, heredaron los mismos problemas que los helic贸pteros y los aviones. Impulsados por propulsores, algunos modelos consumen mucha energ铆a y solo se mantienen en el aire durante un per铆odo corto de tiempo, que no suele superar los 30 minutos. No se adaptan bien a la turbulencia y una r谩faga de viento puede tumbarlos.
Los robots con alas, como Robo Raven y muchos otros conocidos como 鈥渁ves robot鈥 que se desarrollan en laboratorios de todo el mundo, son muy superiores a los aparatos voladores de uso excesivo de energ铆a que existen hoy en d铆a. Tienen varios usos: recolectar datos secretos de inteligencia, entregar paquetes en sitios dif铆ciles de alcanzar, y realizar tareas de vigilancia a茅rea, por ejemplo, rastreando incendios forestales, cuyo control en el 2015 le cost贸 al gobierno USD 2 mil millones. Cuando su aspecto se asimila al de las aves de rapi帽a, resultan 煤tiles para alejar plagas av铆colas de los aeropuertos, tierras de cultivo y vertederos. En 2011, en solo cinco estados (California, Michigan, Nueva York, Oreg贸n y Washington), hubo aves que da帽aron ar谩ndanos, cerezas, manzanas y uvas para vino por un valor total de USD 189 millones. En los vertederos, las aves interfieren con las operaciones diarias, y sus excrementos contienen pat贸genos que son peligrosos para los humanos y para el ganado. Cuando un ave es succionada dentro una turbina de avi贸n, puede causar accidentes a茅reos. Las aves robot prometen superar este tipo de problemas, lo que ahorrar铆a dinero as铆 como salvar铆a vidas humanas.
Desde la 茅poca de Leonardo da Vinci, que dise帽贸 y, probablemente, prob贸 un planeador, la gente ha intentado (y fallado al intentar) crear un dispositivo a茅reo que se asimile a un ave. Y algunas cuestiones resultaban m谩s complejas que otras. La principal ha sido siempre la misma: el peso. Los motores que pod铆an generar la elevaci贸n suficiente y las computadoras capaces de imitar la habilidad de las aves de procesar una gran cantidad de informaci贸n sensitiva eran demasiado pesados para volar. Recrear las alas de las aves, que consisten en docenas de huesos y m煤sculos, requer铆a partes m贸viles que deb铆an ser peque帽as y ligeras pero lo suficientemente resistentes para soportar varias horas de vuelo.
Hoy en d铆a, es posible superar estos desaf铆os a trav茅s del uso de sistemas electr贸nicos y procesadores inform谩ticos diminutos, y la impresi贸n en 3D que permiti贸 construir piezas mec谩nicas muy complejas con diversos materiales compuestos. El asesor de Roberts, Satyandra K. Gupta, profesor de ingenier铆a mec谩nica de la Universidad de Maryland durante m谩s de 17 a帽os (hace poco acept贸 un nuevo trabajo en la Universidad del Sur de California, en Los 脕ngeles), dice que los avances tecnol贸gicos de la 煤ltima d茅cada fueron de mucha ayuda para crear robots alados. 鈥淎hora contamos con muchos motores, microcontroladores y otros elementos [electr贸nicos] miniatura鈥, explica Gupta. 鈥淓stas cosas sol铆an ser demasiado grandes como para crear un prototipo volador鈥.
Pero esto no significa que crear aves robot sea f谩cil. Gupta, un hombre corpulento con destellos de gris en las sienes, fascinado por las aves desde su infancia en Mathura, cerca de Nueva Delhi, no recuerda cu谩ntos Robo Ravens se estrellaron contra el pavimento durante los tres a帽os y medio que sus estudiantes trabajaron en el robot. Desde el comienzo, el equipo lo dise帽贸 para usar sus alas de forma independiente: igual que las aves reales. Para conseguirlo, el equipo activa cada ala con un motor diferente. 鈥淓s como tener dos m煤sculos鈥, cuenta Roberts. 鈥淪e puede mover cada ala en un 谩ngulo diferente y con distinta frecuencia鈥.
Gupta y sus estudiantes creen que sus Robo Ravens se utilizar谩n para recolectar informaci贸n y en operaciones de b煤squeda y rescate. Los robots podr铆an, por ejemplo, rodear con cautela un lugar donde se esconden tropas enemigas. O podr铆an cernerse sobre un 谩rea dif铆cil de alcanzar, en busca de senderistas o alpinistas perdidos, gastando mucho menos dinero que en una b煤squeda con helic贸ptero.
Aun as铆, las aves robot eventualmente se destruyen, sobre todo porque los cient铆ficos, en su b煤squeda por mejorar sus modelos, los llevan al l铆mite para probar su capacidad. 鈥淪i se construye un veh铆culo terrestre y algo se afloja, el m贸vil simplemente dejar谩 de funcionar鈥, dice Gupta. 鈥淓n este caso, si algo sale mal, el robot se estrella鈥.
Acompa帽ando a Roberts en el vuelo de prueba temprano por la ma帽ana se encuentran el profesor y otros dos estudiantes, John Gerdes y Alex Holness, adem谩s del interno Vishal Gupta, quienes despliegan varias generaciones de m谩quinas voladoras sobre la hierba h煤meda de la Facultad de Agricultura, que les permite hacer volar sus aves robot con la condici贸n de que se mantengan fuera de los huertos.
Cada ave de esta colecci贸n de cinco generaciones tiene sus propias caracter铆sticas. El Robo Raven II tiene sensores que controlan su ascenso, descenso y la velocidad de las alas. El Raven III puede recargar parcialmente su bater铆a en pleno vuelo, gracias a sus bater铆as solares: peque帽os cuadrados negros pegados a sus alas de tereftalato de polietileno. El Generaci贸n IV vuela en piloto autom谩tico. El beb茅 de Roberts, el Robo Raven V, tiene caracter铆sticas de autocontrol, al igual que las aves reales, para adaptarse a las distintas condiciones de vuelo, como el viento, lo que mejora su estabilidad. 鈥淸Las aves] aprovechan las distintas situaciones que acontecen鈥, explica. 鈥淭erminan bajando, volviendo a subir y cerni茅ndose otro poco. Y, eventualmente, agitan las alas鈥.
La capacidad de recargar la bater铆a en pleno vuelo es 煤nica y muy valiosa a la hora de recolectar datos secretos de inteligencia porque, para ser realmente 煤tiles, los robots deben poder mantenerse en el aire durante per铆odos de tiempo prolongados. 鈥淟a ventaja de utilizar tecnolog铆a que produce energ铆a, como la solar, es poder aprovechar estas plataformas por tiempo indefinido鈥, dice Hugh Bruck, un profesor de ingenier铆a mec谩nica de la Universidad de Maryland que trabaja con los estudiantes de Gupta. Para agregar los paneles solares fue necesario redise帽ar el dispositivo, ya que endurec铆an las alas y afectaban la flexibilidad natural del tereftalato de polietileno, necesaria para agitar las alas. Aun as铆, vali贸 la pena el esfuerzo. Y si bien los robots a煤n no pueden volar 煤nicamente con energ铆a solar, el equipo est谩 interesado en paneles de alta eficiencia con la intenci贸n de eliminar por completo las bater铆as de litio en alg煤n momento.
Otros cient铆ficos encuentran inspiraci贸n en la forma en la que las aves se posan y toman objetos. Justin Thomas, un estudiante de doctorado del laboratorio GRASP de la Universidad de Pensilvania, estudia rob贸tica a茅rea, incluyendo la habilidad de atrapar objetos a alta velocidad. En 2011, su laboratorio dise帽贸 un experimento donde un tr铆o de cuadric贸pteros construy贸 una peque帽a estructura con bloques para armar. Los cuadric贸pteros estaban programados para encontrar los bloques en el piso del laboratorios, levantarlos, llevarlos al 谩rea de construcci贸n a pocos pies de distancia, y colocarlos uno encima del otro para formar una peque帽a torre. Los bloques ten铆an marcadores retroreflectantes detectables a trav茅s de c谩maras que hac铆an las veces de ojos para las m谩quinas (excepto porque no estaban ubicados en los cuadric贸pteros sino en distintas partes del cuarto para minimizar el peso del vuelo). El algoritmo de construcci贸n se codific贸 en los 鈥渃erebros鈥 de los cuadric贸pteros. Los drones consiguieron realizar la tarea, pero Thomas not贸 que tardaban mucho tiempo para posicionarse para lograr levantar los bloques. 鈥淭en铆an que cernirse sobre el objeto, descender, cernirse un poco m谩s, tomar el objeto y ascender鈥, explica; y era un proceso tan lento que a veces se les acababa la bater铆a antes de completar el movimiento.
Por el contrario, Thomas bas贸 su invenci贸n en un video que vio sobre un 谩guila cabeza blanca, ya que descend铆a y atrapaba un pez saliendo del agua de forma muy r谩pida. 鈥淓l 谩guila lo hizo tan r谩pido, y con tanta elegancia y magnificencia鈥, cuenta Thomas, que lo inspir贸 para dise帽ar su robot con garras.
Atrapar objetos a alta velocidad (por ejemplo, intentar tomar un paquete al costado de la ruta desde la ventana de un autom贸vil acelerando) es dif铆cil porque es necesario alinear la mano con el objeto sin perder el impulso, y luego agarrar el objeto con firmeza. Pero las aves de presa evolucionaron la forma de lograr esta haza帽a: durante el momento de la captura, balancean sus patas hacia atr谩s para que sus garras se muevan m谩s lento que su presa. Thomas y su equipo tomaron prestado ese truco. Construyeron un cuadric贸ptero con patas como las de un ave de rapi帽a, que se balancean hacia atr谩s cuando tiene que atrapar un objeto. Esto le permite tomar un paquete a 7 millas por hora, lo que en t茅rminos de capacidad humana equivale a intentar agarrar un objeto durante una vuelta en una monta帽a rusa.
Este tipo de robots con garras no necesitan que una persona los maneje. En vez de eso, una c谩mara remota (para minimizar el peso) le brinda la ubicaci贸n del objetivo, y el robot lo sobrevuela y lo atrapa en forma aut贸noma. El precio final del artefacto fue mayor porque el equipo compr贸 un cuadric贸ptero prefabricado por unos USD 3.500 y luego gast贸 otros USD 100 para equiparlo con sujetadores similares a un par de garras. Aun as铆, debido a la naturaleza de la tarea que deb铆an llevar a cabo (tomar un objeto de una ubicaci贸n dada), el robot tuvo bastante 茅xito.
Thomas sostiene que su criatura de garras puede tener muchas aplicaciones pr谩cticas, desde asistencia en procesos policiales hasta usos a nivel ambiental. Por ejemplo, el robot podr铆a zambullirse en un incendio forestal y ubicar sensores de temperatura o detectores de humo r谩pidamente, para indicarles a los bomberos hacia d贸nde se dirige el desastre. En el caso de derrames de petr贸leo, podr铆a alcanzar las 谩reas afectadas m谩s r谩pido que la mayor铆a de los barcos y sumergirse para tomar muestras que ayuden a evaluar la situaci贸n. Un robot con garras quiz谩s no pueda volar dentro de un tornado, pero podr铆a utilizar sus garras para posarse en un 谩rbol que est茅 cerca del camino de la tormenta y brindar informaci贸n valiosa a los meteor贸logos. Y podr铆a ser los ojos y o铆dos de la polic铆a durante tiroteos o ataques terroristas. Equipados con micr贸fonos y c谩maras, los robots con garras podr铆an ubicarse discretamente en 谩rboles o edificios y obtener informaci贸n sobre movimientos criminales.
Para hacer todo este tipo de cosas, el robot deber铆a llevar una c谩mara incorporada, evitar obst谩culos y tomar sus propias decisiones seg煤n la situaci贸n: como, por ejemplo, identificar el mejor lugar para sumergirse y colocar un sensor. La invenci贸n de Thomas a煤n no lo ha logrado, en parte debido a las limitaciones de peso y la potencia computacional. 鈥淧ero a medida que los procesadores inform谩ticos se achican y se vuelven m谩s poderosos鈥, dice, 鈥渢ambi茅n lo har谩n los cerebros de estos robots鈥.
Los robots no solo se construyen para actuar como aves reales, sino tambi茅n para parec茅rseles. Por ejemplo, el 鈥淩obird鈥, dise帽ado como un proyecto de tesis del estudiante innovador Nico Nijenhuis, de los Pa铆ses Bajos, es una r茅plica exacta de un halc贸n peregrino. En 2011, Nijenhuis, que en ese momento ten铆a 25 a帽os y trabajaba como conductor de media jornada mientras realizaba sus estudios de f铆sica aplicada en la Universidad T茅cnica de Twente, se asoci贸 con tres activistas de aves que dise帽aron el prototipo inicial del Robird. El robot se ve铆a m谩s como un avi贸n con alas de ave que como un ave en s铆, pero Nijenhuis r谩pidamente reconoci贸 que ten铆a un potencial pr谩ctico, como controlar plagas av铆colas y hacer vigilancia a茅rea. 鈥淒ije, 鈥榚sto es incre铆ble鈥欌, recuerda. 鈥淗ay tantas oportunidades. Deber铆amos comenzar a trabajar para que sea un producto viable a nivel comercial鈥.
Pero hab铆a algunas cuestiones importantes de dise帽o que quedaban por resolver. Primero, deb铆a representar una amenaza convincente, as铆 que el robot ten铆a que lucir y moverse exactamente igual que un halc贸n. Si era demasiado ligero, el viento lo arrastrar铆a y eso no se ver铆a real. Si era demasiado pesado, no podr铆a volar. Para conservar su aspecto, el sistema electr贸nico deb铆a esconderse en el caparaz贸n del robot, una cuesti贸n compleja ya que la fibra de carbono obstruye el GPS y otras se帽ales. Por fortuna, Nijenhuis encontr贸 una empresa de impresi贸n 3D que pod铆a construir el caparaz贸n de materiales compuestos (en este caso, de nylon mezclado con part铆culas de fibra de vidrio), lo cual le dio la flexibilidad ligera y la fuerza que necesitaba sin interferir con las se帽ales. La cabeza del halc贸n se molde贸 a partir de la del ave real, y tambi茅n se imprimi贸 en 3D. 鈥淭omamos fotos de halcones reales y las pasamos a planos computarizados: as铆 creamos la cabeza de nuestro modelo鈥, explica.
Al mismo tiempo, su equipo trabaj贸 duro para imitar a la perfecci贸n el movimiento de las alas del halc贸n, tan complejo que ser铆a imposible describirlo con f贸rmulas matem谩ticas. Haciendo prueba y error, vieron docenas de Robirds estallar en pedazos contra el suelo durante los tres a帽os que dur贸 el desarrollo final del modelo. 鈥淔ue incre铆blemente dif铆cil crear al ave perfecta鈥, cuenta Nijenhuis. Recuerda que despu茅s de meses de intentar lograr un equilibrio en el movimiento, cuando al fin funcion贸 fue un momento 煤nico. 鈥淪ueltas al ave en el aire y vuela, vuela muy bien y hace todo lo que quieres que haga鈥, dice. 鈥溌asi nos hace llorar!鈥
La empresa de Nijenhuis, Clear Flight Solutions, hoy en d铆a cuenta con una flota de 12 halcones peregrinos pintados a mano y dos 谩guilas cabeza blanca que asisten a varios clientes. Los robots ahuyentan estorninos y cuervos de los cultivos de ar谩ndanos. En el vertedero de Twente, los Robirds redujeron la plaga de cuervos en un 70 %, y la de gaviotas en casi un 95 %. Hay tantos clientes que quieren contratar su Robird que Nijenhuis busca expandir su flota. 鈥淓stamos en el proceso de crear 10 unidades nuevas鈥, cuenta entusiasmado. 鈥淰amos a tener m谩s de 20 halcones en funcionamiento鈥.
Las aplicaciones y los modelos de las aves son bastante diversos, pero los cient铆ficos coinciden en que es muy dif铆cil imitar el vuelo de un ave. 鈥淧or ejemplo, el movimiento de las alas de las aves es tan complejo que, hasta el momento, la ciencia moderna no ha logrado describirlo utilizando f贸rmulas ni ecuaciones matem谩ticas鈥, explica David Lentink, un ingeniero mec谩nico a cargo del laboratorio de dise帽o de ingenier铆a inspirada en la naturaleza de la Universidad de Stanford, en California. Esa es la raz贸n principal por la cual se necesitan tantas pruebas, errores y destrucciones para construir un ave robot. Lentink est谩 intentando resolver este problema. A trav茅s de los mecanismos que ha desarrollado para observar y medir la fuerza que las aves generan con sus alas cuando vuelan, Lentink espera entender c贸mo hacen los animales para elevarse y tomar impulso, cambiar su velocidad y direcci贸n, y adaptarse a las r谩fagas de viento. Quiere aprender lo m谩ximo posible para entender c贸mo puede ayudar a los ingenieros a dise帽ar robots mejores. 鈥淯na vez que la parte matem谩tica est谩 cubierta鈥, dice, 鈥渃onstruir una m谩quina voladora peque帽a, segura, 谩gil y duradera resultar谩 mucho m谩s f谩cil鈥.
Y predice que esto suceder谩 en los pr贸ximos 10 a 20 a帽os, en una era en la que los robots a茅reos realistas ayudar谩n a los humanos, con regularidad, a lograr lo que deseen en sitios peligrosos o dif铆ciles de alcanzar. Algunas preguntas del mill贸n: 驴Podr谩n cohabitar las ciudades junto con nosotros? 驴Podr谩n entregar paquetes a los consumidores, o medicamentos recetados a los adultos mayores, atravesando la turbulencia habitual de los grandes edificios y evitando chocarse con 谩rboles, aves y otros robots sin caer sobre nuestras cabezas?
Lentink cree que eso es el futuro. Los modelos aviares actuales quiz谩s sean inseguros en espacios atestados, pero una vez que los ingenieros logren perfeccionarlos y los robots se muevan con la misma destreza que las aves, habr谩 menos choques. 鈥溌 nadie le preocupa que las aves se choquen, y hay miles de millones de aves volando todos los d铆as!鈥, dice. 鈥淟o que es m谩s importante:鈥, sostiene, 鈥渁prenderemos a utilizar robots voladores al igual que aprendimos a usar trenes, aviones y autom贸viles,
a pesar de que los primeros modelos de estos aparatos eran propensos a sufrir accidentes鈥. Los planificadores urbanos del futuro, al igual que otros antes que ellos, pueden dise帽ar ciudades que se adapten a los inventos innovadores que redimensionan el mundo en el que vivimos. Por ejemplo, generando corredores a茅reos a trav茅s de los cuales puedan volar los robots.
Cuando le preguntamos si cre铆a que, alg煤n d铆a, las m谩quinas a茅reas entregar铆an paquetes de Amazon en las puertas de nuestras casas, la respuesta fue un 鈥渟铆鈥, claro y decidido. 鈥淧ero no cualquier robot鈥, agrega. 鈥溌縍obots del tama帽o de aves? 隆Claro que s铆!鈥.