Este dron copia el mecanismo de detección “ciega” de los mosquitos para esquivar obstáculos [VIDEO]

Toshiyuki Nakata et al. / Science, 2020

Científicos del Reino Unido y Japón explicaron el mecanismo por el cual los mosquitos detectan obstáculos sin usar la visión. Los investigadores propusieron utilizar un principio similar en drones y ensamblaron un quadrocopter capaz de detectar cambios en los flujos de aire a su alrededor utilizando sensores de presión. El artículo fue publicado en Science.

Contexto

Los animales usan métodos fundamentalmente diferentes para identificar obstáculos a su alrededor, a menudo mucho más complicados que la vista. Por ejemplo, el método de navegación utilizado por los murciélagos es ampliamente conocido: emiten señales ultrasónicas y registran sus reflejos de los objetos. Esto les proporciona la capacidad de ser independientes de la iluminación y volar en completa oscuridad, a diferencia de muchas otras especies.

Los estudios demuestran que los mosquitos también pueden evitar obstáculos sin el uso de estímulos visuales, pero solo a una distancia de unos pocos centímetros. Un equipo de científicos dirigido por Richard Bomphrey del Royal College of Veterinary en Londres sugirió que la limitación de distancia se debe a un mecanismo basado en la detección de la distorsión del flujo de aire cerca de los objetos.

El estudio

Para comprender la distribución de los flujos de aire desde las alas y cómo son distorsionados por los objetos cercanos, los investigadores crearon un modelo de mosquito y, utilizando simulación hidrodinámica, obtuvieron datos sobre el comportamiento de los flujos a diferentes distancias de una superficie plana.

Luego, habiendo construido mapas de distribución de presión alrededor del mosquito, los investigadores vieron que debajo del tórax había una gran área con la máxima presión. Pero además de ella, encontraron una segunda zona con presión máxima, ubicada sobre la cabeza, incluso en la zona de las antenas.


El cambio en el flujo de aire desde las alas a medida que se acercan a una superficie plana.
Toshiyuki Nakata et al. / Science, 2020

La explicación

En las antenas de los mosquitos se encuentra el órgano de Johnston con mecanorreceptores, capaces de detectar desviaciones de los flujos de aire. Estudios anteriores muestran que los mosquitos tienen dos picos de sensibilidad para este órgano: a 280 hertzios y un segundo más ancho, que oscila entre 600 y 800 hertzios. Estos picos corresponden a la frecuencia de aleteo de alas de hembras y machos, respectivamente.

El primer pico generalmente se explica por el hecho de que ayuda a los machos a detectar a las hembras. Sobre la base de los datos de simulación, los autores del nuevo artículo sugirieron que el segundo pico se explica por el hecho de que permite que los mosquitos machos rastreen no solo a otros machos, sino también a las perturbaciones en las corrientes de aire de su propia envergadura causadas al acercarse a un plano.

Drones

Los investigadores luego sugirieron el uso de este principio en drones. Por esto tomaron como base el quadrocopter abierto Crazyflie 2.0 e instalaron una placa con sensores de presión diferencial que determinan la diferencia de presión entre las dos fuentes y los tubos conectados a ellas.


El diseño de los sensores de presión en el quadrocopter
Toshiyuki Nakata et al. / Science, 2020

En total, hay cinco sensores instalados en el dron: dos determinan la diferencia de presión a lo largo y a través del casco, luego otros dos más en diagonal, y el último calcula la diferencia entre las zonas superior e inferior.

Una vez que se determinó la distribución de los flujos alrededor del dron cuando se acercaba a planos a diferentes distancias, los investigadores establecieron indicadores de umbral para cada sensor en el que el controlador de vuelo recibe datos sobre el obstáculo y comienza a evadirlo. Los investigadores mostraron experimentos con vuelos en video.

El año pasado, los ingenieros estadounidenses crearon un robot volador de colibríes, que también puede rastrear obstáculos por perturbaciones en el flujo de aire, pero utilizando un método diferente. Para hacer esto, realiza un seguimiento del consumo de corriente de los motores y, por lo tanto, detecta la elevación debido al efecto de pantalla.

 

Victor Román
Esta noticia ha sido publicada originalmente en N+1, ciencia que suma.

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