Un Entomóptero es un avión que vuela utilizando la aerodinámica de aleteo de un insecto. La palabra se deriva de entomo (que significa insecto: como en entomología ) + pteron (que significa ala). Los entomópteros son un tipo de ornitóptero , que es el término más amplio para cualquier dispositivo destinado a volar batiendo alas.
Entomóptero terrestre
El Entomóptero terrestre es un robot parecido a un insecto multimodo (volador / arrastrándose) desarrollado por el profesor Robert C. Michelson y su equipo de diseño del Georgia Tech Research Institute (GTRI), la Universidad de Cambridge , ETS Labs y otros. [1]
El entomóptero terrestre tiene una envergadura de ala de 15 a 18 cm. Un par de alas gemelas situadas a proa y popa del RCM proporcionan un aleteo resonante equilibrado para crear no solo elevación y empuje, sino un control total del vehículo. El aleteo se produce a una velocidad constante de 35 Hz. Este robot aéreo de inspiración biológica se clasifica como un microvehículo aéreo (MAV) debido a su tamaño. La carga útil de la misión es de alrededor de 10 gramos con un peso bruto total de despegue (GTOW) de 50 gramos. El uso previsto es para reconocimiento en interiores encubiertos u operación en espacios confinados inaccesibles para humanos.
Fuente de alimentación
El Entomóptero es propulsado por un par de alas aleteando impulsadas por un Músculo Químico Recíproco (RCM) que es capaz de generar un batido autónomo de alas a partir de una fuente de energía química sin una fuente de ignición, combustión u oxígeno atmosférico . A través de la conversión directa, el RCM también proporciona pequeñas cantidades de electricidad para los sistemas a bordo y además proporciona una mejora de la sustentación diferencial en las alas a través del control de circulación ( efecto Coanda ) para lograr cabeceo, balanceo, guiñada y levantamiento para efectuar un vuelo dirigido.
Además, el sistema de propulsión RCM es anaeróbico , lo que le permitiría funcionar sin oxidantes , por ejemplo, en la atmósfera de dióxido de carbono de Marte.
El Entomóptero evita obstáculos y realiza altimetría mediante el uso de una transmisión acústica de onda continua modulada en frecuencia (FMCW) creada a partir del producto de gas residual de la descomposición del combustible dentro del RCM. Este gas residual también se utiliza para los cojinetes de gas (lubricación seca) de todas las partes móviles, así como para el "soplado" controlado por circulación de las alas para control de estabilidad y navegación.
Entomóptero de Marte
El vuelo en la atmósfera de Marte es difícil. Los rovers aéreos de Marte que utilizan un ala fija convencional tendrían que volar a más de 250 mph solo para mantenerse en el aire en la atmósfera enrarecida de Marte. Esto hace que el aterrizaje en la superficie rocosa sea casi imposible, lo que impide la inspección / recolección de muestras. Además, el vuelo a alta velocidad significa que el tiempo de permanencia en cualquier área en particular será difícil, una característica negativa que se ve agravada por el hecho de que los giros en la delgada atmósfera requerirán radios enormes. Un entomóptero, por otro lado, puede lograr una sustentación anormalmente alta con aleteo rápido de las alas (en parte debido al fenómeno del "vórtice del borde de ataque") y, por lo tanto, permite que el fuselaje se mueva lentamente en relación con el suelo. [2] [3]
Un equipo de entomópteros dirigido por Anthony Colozza del Instituto Aeroespacial de Ohio [4] recibió fondos del Instituto de Conceptos Avanzados de la NASA (NIAC) para estudiar un concepto de entomópteros para futuras misiones robóticas a Marte. [2] Señalan que el número de Reynolds para el vuelo en Marte es equivalente al encontrado a más de 100.000 pies (30 km) en la Tierra. Actualmente, nada vuela con regularidad a esta altitud. Sin embargo, el régimen numérico de Reynolds para el diminuto entomóptero que opera en la atmósfera de la Tierra es equivalente a una versión más grande (un metro de envergadura) que opera en la atmósfera enrarecida de Marte. Además, la gravedad de la superficie de Marte es solo el 37% de la de la Tierra, por lo que un Mars Flyer basado en entomópteros se beneficiaría de un peso proporcionalmente reducido, incluso con su mayor tamaño en Marte. [3] [2] Un Mars Flyer basado en Entomópteros promete no solo volar lentamente sobre el paisaje marciano, sino también servir como un vehículo multimodo que podría aterrizar, tomar muestras, recargar o comunicarse, y luego despegar para continuar. la misión de la encuesta. [5] Incluso tiene el potencial de regresar a su punto de lanzamiento para repostar, descargar datos o transferir muestras.
Más recientemente, se otorgó un nuevo proyecto de NIAC, "Marsbee", para continuar el estudio del concepto de vuelo similar a un insecto en Marte. [6]
Financiamiento y reconocimiento internacional
El proyecto Entomopter recibió fondos de investigación y desarrollo internos iniciales (IRAD) del Instituto de Tecnología de Georgia a partir de 1996, y fondos de seguimiento de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa DARPA , el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL) y el Instituto de la NASA para Conceptos avanzados. [2] Por esfuerzos relacionados con el Entomóptero, el Prof. Michelson recibió el Premio Pirelli 2001 para la difusión de la cultura científica otorgado por un Jurado internacional por el "mejor proyecto multimedia proveniente de cualquier institución educativa del mundo". También fue galardonado con el primer Premio Top Pirelli (25.000 €) por el trabajo considerado mejor en un campo internacional de más de 1000 considerados.
Patentes
- Patente de Estados Unidos Nº 6.082.671, 4 de julio de 2000, "Entomóptero y método para usar el mismo"
- Patente de Estados Unidos Nº 6.446.909, 10 de septiembre de 2002, "Músculo químico alternativo (RCM) y método para usar el mismo"
Ver también
Referencias
- ^ Michelson, RC, El entomóptero, neurotecnología para robots biomiméticos, ISBN 0-262-01193-X , The MIT Press, septiembre de 2002, págs. 481-509, (autor del capítulo).
- ^ a b c d Anthony Colozza, Exploración planetaria con biomiméticos: un entomóptero para volar en Marte , Fase I ( resumen ), Instituto de conceptos avanzados de la NASA, 2000. Ver: Estudio de fase I , Estudio de fase II . Consultado el 4 de abril de 2018.
- ^ a b Michelson, RC, Naqvi, MA, Vuelo extraterrestre (Mars Surveyor basado en entomópteros), Serie de conferencias del Instituto von Karman para la dinámica de fluidos RTO / AVT sobre aerodinámica de bajo número de Reynolds en aeronaves, incluidas aplicaciones en tecnología UAV emergente, Bruselas Bélgica, 24 –28 de noviembre de 2003
- ^ Space Daily, " El sistema de vuelo de la naturaleza podría ser clave para explorar Marte ", 3 de diciembre de 2001 (consultado el 5 de mayo de 2011)
- ^ Colozza, A., Michelson, RC, et al. , Exploración planetaria usando biomiméticos: un entomóptero para volar en Marte, Informe final de la fase II , Instituto de conceptos avanzados de la NASA Proyecto NAS5-98051, octubre de 2002. resumen
- ^ Chang-kwon Kang, Marsbee - Swarm of Flapping Wing Flyers for Enhanced Mars Exploration , NASA Innovative Advanced Concepts, 30 de marzo de 2018. Consultado el 4 de abril de 2018.
Informes y publicaciones seleccionados
- Michelson, RC, Enfoques novedosos para plataformas de vuelo en miniatura, Actas del Instituto de ingenieros mecánicos, vol. 218 Parte G: Journal of Aerospace Engineering, Documento especial de 2004, págs. 363–373
- Michelson, RC, Naqvi, MA, Beyond Biologically-Inspired Insect Flight, von Karman Institute for Fluid Dynamics RTO / AVT Serie de conferencias sobre aerodinámica de bajo número de Reynolds en aeronaves, incluidas aplicaciones en tecnología UAV emergente, Bruselas Bélgica, 24-28 de noviembre de 2003
- Colozza, A., Michelson, RC y col. , Exploración planetaria utilizando biomiméticos: un entomóptero para volar en Marte, Informe final de la fase II, Instituto de conceptos avanzados de la NASA Proyecto NAS5-98051, octubre de 2002
- Michelson, RC, Escalado de robots aéreos de inspiración biológica, 5º Taller internacional sobre métodos de similitud, Institut für Statik und Dynamik der Luft und Raumfahrtkonstruktionen, Universität Stuttgart, 4 a 5 de noviembre de 2002, págs. 71 - 78
- Michelson, RC, neurotecnología para robots biomiméticos , ISBN 0-262-01193-X , The MIT Press, septiembre de 2002, págs. 481 - 509, (autor del capítulo).
enlaces externos
- Sitio web oficial de Entomopter : el robot aéreo de inspiración biológica concebido y desarrollado por el profesor Michelson para aplicaciones de inteligencia terrestre y topografía planetaria. (Consultado el 26 de agosto de 2008)
- Animación del vuelo de un entomóptero en Marte - Guión de la película de Robert C. Michelson , animado y rendido por Dan Maas. (Consultado el 26 de agosto de 2008)
- Biosketch en línea para Robert C. Michelson : tiene muchos enlaces externos al trabajo relacionado de Michelson, el Entomóptero, y con la robótica aérea en general. (Consultado el 26 de agosto de 2008)