En la naturaleza, cuando un pájaro, un insecto o un murciélago toman vuelo, parece sencillo y sin esfuerzo. Comprender cómo estos animales generan elevación y movimiento a través del aire resulta ser mucho más complejo. El profesor David Lentink lidera a un grupo de investigadores graduados de la Universidad de Stanford que están usando los sensores de Fuerza y Torque de ATI para desentrañar este misterio. El equipo ha inventado una "plataforma de fuerza aerodinámica" para medir las fuerzas aerodinámicas durante experimentos de vuelo libre con aves bien entrenadas. Los experimentos se realizan “in vivo”, que es el latín para "dentro de la vida" e indica que el experimento es paralelo a la conducta natural. Sorprendentemente, el nuevo método es "no-touch" y permite al ave volar libremente sin ser molestado por cargar la instrumentación de ninguna manera, por lo que es excepcionalmente amigable con los animales.
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La investigación de vuelo abarca el estudio de las alas, los movimientos y sus interacciones con el aire. De particular interés son las fuerzas que los animales generan durante el vuelo para mantenerse en lo alto y realizar varias maniobras. Anteriormente, estas fuerzas tenían que medirse indirectamente basándose en modelos teóricos y campos de flujo medidos, o amarrando a los animales a un sistema de sensores. Sin embargo, las cuerdas no pueden ser usadas para animales de orden superior como las aves, especialmente porque esto perturbaría su bienestar y su comportamiento natural de vuelo. Científicamente, un sistema de medición atado a la fuerza al pájaro no puede describir lo que realmente sucede cuando los animales vuelan, lo que resulta en un modelo erróneo y engañoso del comportamiento de vuelo. El equipo de Lentink investigó tres modelos de uso común y encontró algunos resultados decepcionantes. "Los tres resultados fueron peores de lo que esperábamos, y no predijeron el ascenso de manera fiable, lo que demuestra que es necesario trabajar para mejorar los modelos", informa Stanford estudiante de postgrado Diana Chin.
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Uno de los expertos de vuelo residentes en Stanford es un Loro del Pacífico llamado Obi. Como con todos los otros pájaros en el laboratorio de Lentink, Obi fue entrenado usando el refuerzo positivo solamente para volar respondiendo a una señal humana. En experimentos anteriores, Obi voló a través de una hoja láser saturada con pequeñas partículas de niebla, mientras que usaba gafas de seguridad láser. Las gafas fueron diseñadas por el ex estudiante de posgrado Eric Gutiérrez y utilizadas para mantener a Obi seguro durante la prueba de vuelo. Gutiérrez fue capaz de reconstruir el campo de flujo alrededor de las alas de Obi registrando el movimiento de las partículas, en respuesta al aleteo del ala, con cámaras de alta velocidad. Combinó estas mediciones de campo de flujo con modelos aerodinámicos de uso común para derivar estimaciones de fuerza instantáneas. Estas estimaciones se compararon con mediciones directas realizadas durante un conjunto separado de vuelos del loro dentro de la Plataforma de Fuerza Aerodinámica. Las comparaciones revelaron la mala capacidad predictiva de los modelos comunes, resaltando aún más el valor de los métodos de medición de fuerza directa.
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Debido a que se sabe muy poco sobre las fuerzas aerodinámicas generadas durante el vuelo, el equipo de investigación de Stanford se enfrentó a una tarea desalentadora; necesitaban una forma de captar pequeñas fuerzas de elevación dinámicamente cambiantes sin el uso de cordones. Era imprescindible crear un ambiente más natural donde pudieran entrenar a un animal a volar reaccionando a una señal humana, y observar las fuerzas generadas por su aleteo. Estos objetivos se convirtieron en el catalizador de la Plataforma de Fuerza Aerodinámica y finalmente condujeron al desarrollo de los nuevos experimentos"in vivo", que midieron directamente el ascenso generado por un animal volador por primera vez.
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La Plataforma de Fuerza Aerodinámica (AFP) es una cámara de vuelo cerrada que cuenta con los sensores de Fuerza y Torque Nano43 de ATI montados en la parte superior e inferior. Durante los vuelos en la AFP, los aleteos crean cambios de presión en el aire que son traducidos por los sensores Nano43 de ATI en medidas de fuerza aerodinámica. Chin indica: "La sensibilidad y la precisión de los sensores Nano43 fueron ideales para medir las pequeñas fuerzas generadas por las aves en la Plataforma de Fuerza Aerodinámica y la rápida velocidad de muestreo fue necesaria para resolver las fuerzas dentro de los movimientos de las alas". Los sensores F/T de ATI proveen retroalimentación en seis ejes diferentes de la fuerza producida, y registran los cambios a medida que ocurren, que en este caso es a muy altas velocidades. Los resultados de estos experimentos ofrecen una visión más completa de los cambios de presión dinámica durante el vuelo, algo que no era posible anteriormente.
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La integración de Stanford de los sensores de Fuerza y Torque de ATI con la Plataforma de Fuerza Aerodinámica recolecta datos más precisos de cada prueba en vuelo. La AFP es un gran avance para el equipo, y para la investigación de vuelo; combinar esta nueva tecnología con experimentos "in vivo" proporciona una mirada más profunda en la mecánica de vuelo animal. Lentink, Chin, Gutiérrez y el resto del equipo han sacado conclusiones más informadas sobre el vuelo de los pájaros que avanzarán la tecnología de los robots voladores. Con estas técnicas, el equipo desarrollará robots biomiméticos que pueden ayudar en misiones de búsqueda y rescate, realizar vigilancia en condiciones peligrosas, o incluso entregar suministros médicos.
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