FlexiQuad: el dron anular resistente a colisiones del ETH Zurich
Los inventores presentan una solicitud de patente para un cuadricóptero ágil que se deforma al impactar y mantiene el vuelo a velocidades de hasta 80 km/h.
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Investigadores en robótica del ETH Zurich han diseñado un cuadricóptero sin cuerpo central rígido que absorbe las colisiones sin estrellarse. Inventado por Luca Girardi y Stefano Mintchev, el dron anular FlexiQuad utiliza un armazón elástico que se flexiona lateralmente al impactar y conserva la rigidez vertical necesaria para volar. Los inventores han presentado una solicitud de patente para el dispositivo, que además ha obtenido una nominación al Spark Award de la universidad.
Un armazón anular inspirado en las alas de los insectos
Durante más de un siglo, los drones multirrotor se han basado en un núcleo central rígido que sostiene brazos orientados hacia fuera. Según informa TechXplore, Luca Girardi y Stefano Mintchev invirtieron esa arquitectura eliminando por completo el fuselaje central. Los componentes, incluidos los rotores, los módulos de control y la fuente de alimentación, se distribuyen a lo largo de un perímetro circular flexible.
El comportamiento mecánico del armazón se inspira directamente en estructuras biológicas. El equipo analizó la flexibilidad anisótropa de las alas de insectos y aves, que resisten la flexión durante el aleteo pero se doblan al encontrar obstáculos. FlexiQuad funciona con la misma lógica: el armazón se flexiona horizontalmente para absorber la energía del choque, pero se mantiene rígido en vertical para que el empuje de las hélices se transmita directamente a la aceleración del vehículo. El armazón del prototipo cuesta menos de 15 francos suizos en materias primas, y los elementos anulares se pueden desmontar para guardarlos planos en el equipaje.
«Blando no significa automáticamente lento.»
— Luca Girardi, investigador del ETH Zurich
Sobrevivir a impactos a 25 km/h
Los vehículos aéreos blandos suelen adolecer de características de vuelo lentas, pero las pruebas realizadas por los inventores mostraron que FlexiQuad se comporta como los cuadricópteros rígidos convencionales en aire libre. El prototipo logra una aceleración lineal y angular equiparable a la de los modelos convencionales, y alcanza velocidades máximas de vuelo de 80 km/h.
La capacidad de sobrevivir a los choques se evaluó en pruebas físicas con obstáculos descritas por TechXplore. Los investigadores lanzaron el dron directamente contra barreras sólidas a velocidades de hasta 25 km/h. Al contacto, el perímetro elástico se deformaba momentáneamente, disipaba la energía cinética y recuperaba su forma sin desequilibrar la máquina. Girardi señaló que las velocidades de prueba estuvieron limitadas principalmente por el pasillo de vuelo interior necesario para acelerar la máquina antes del impacto, no por los límites físicos del armazón.
Transporte de cargas y recuperación basada en reflejos
La arquitectura abierta amplía las funciones mecánicas que puede desempeñar el vehículo. Como el anillo puede comprimirse activamente alrededor de los objetivos, FlexiQuad puede agarrar y transportar objetos usando su abertura central. En ensayos de laboratorio, el prototipo sujetó y transportó con éxito un botiquín de primeros auxilios blando, con una carga útil más pesada que su propia masa estructural. Entre las aplicaciones descritas en la solicitud de patente figuran la inspección de tanques de lastre en buques de carga, la exploración de edificios derrumbados durante operaciones de búsqueda y rescate, y el despliegue de una red en el armazón hueco para atrapar drones hostiles.
Manejar un armazón deformable plantea retos para la navegación autónoma. Las vibraciones tras un impacto pueden desenfocar momentáneamente las imágenes de las cámaras y perturbar la estimación de estado. Para resolverlo, los investigadores aplicaron algoritmos de aprendizaje por refuerzo que se apoyan en sensores inerciales de a bordo, imitando reflejos biológicos automáticos para estabilizar la postura de vuelo inmediatamente después de un choque contra un obstáculo, antes de devolver el control a las rutinas de navegación estándar.
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