Estudiantes estadounidenses construyen un dron basado en los bocetos de Leonardo da Vinci
A finales de la década de 1480, Leonardo da Vinci esbozó un ingenioso diseño de helicóptero monoplaza impulsado por un «tornillo aéreo». Quizá hayas visto sus bocetos y te hayas preguntado si algún día podría volar un helicóptero así. Ahora sabemos la respuesta. El genio italiano tenía razón.
Desde 2019, un grupo de ingenieros de la Universidad de Maryland desarrolló y probó la tecnología básica como parte de un concurso de diseño. Después, el miembro del equipo de investigación Austin Prete construyó un dron cuadricóptero no tripulado, el Crimson Spin, utilizando el diseño helicoidal de da Vinci, y lo hizo volar en varios trayectos cortos.
«Me sorprendió por completo que funcionara», explicó Prete, estudiante de posgrado del Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la universidad, que construyó el dispositivo para obtener su máster. Al principio él y otros miembros del equipo se mostraban escépticos, pero tras algunas simulaciones por ordenador y prototipos de hélices impresos en 3D que mostraron tendencias prometedoras, se entusiasmaron más con el diseño de da Vinci.
Presentó sus resultados y el primer vídeo de vuelo de la aeronave en la conferencia Transformative Vertical Flight 2022 celebrada en San José (California) la semana pasada.
Este proyecto es un buen ejemplo de cómo la tecnología moderna se aparta del diseño de los aviones y helicópteros convencionales, aunque es poco probable que un artefacto volador del siglo XV entregue pronto un paquete de Amazon. En la conferencia se presentó una colección de aeronaves exóticas que pueden despegar en vertical, como un helicóptero, y luego volar en horizontal, como un avión.
Empresas como Kitty Hawk, Airbus, Transcend Air y Jaunt esperan revolucionar este sector y transportar personas en taxis aéreos.
Aunque Prete solo construyó un dron pequeño, esta tecnología podría funcionar con una aeronave lo bastante grande como para transportar a una persona. «Realmente creo que debería poder escalarse bastante bien», afirmó Austin.
El estudiante de posgrado de Maryland aprovechó materiales que da Vinci no podía conseguir. Los materiales de construcción del Renacimiento, como la madera y el cuero, eran demasiado densos para los aviones. Además, da Vinci no disponía de fuentes de energía compactas.
Prete tuvo acceso a aluminio, plástico, motores eléctricos, baterías y sistemas informáticos de control, que hicieron posible el diseño del tornillo aéreo. También resultó útil el software de diseño asistido por ordenador y de dinámica de fluidos computacional, que el ingeniero utilizó para desarrollar prototipos y simular la aerodinámica en el ordenador.
La tecnología moderna de los cuadricópteros también contribuyó a que el diseño fuera práctico. Controlan pequeñas variaciones en la velocidad de giro de las hélices, que de un modo u otro inclinan el dron. Según Prete, habría sido mucho más complicado intentar construir un diseño de un solo eje, como el de un helicóptero convencional. Los helicópteros utilizan transmisiones y mandos complejos para ajustar continuamente la inclinación de cada rotor principal a medida que gira.
Sin embargo, existen muchos desafíos, incluido el mayor peso de los tornillos aéreos y la posible inestabilidad. Prete descubrió que cierta aerodinámica extraña probablemente ayudaba a mantener el Crimson Spin en el aire.
Los aviones de ala triangular, como el supersónico Concorde, generan un vórtice giratorio justo detrás del borde de ataque del ala. Este vórtice crea una zona de baja presión que puede aumentar la sustentación. Las simulaciones muestran que un vórtice similar se forma a lo largo del borde exterior de la superficie plana del tornillo aéreo, descendiendo en espiral por toda la estructura y generando un empuje ascendente.
Uno de los resultados de esta aerodinámica es que el tornillo aéreo genera menos flujo descendente que las hélices convencionales. Según el estudiante de posgrado, esto significa que debajo habrá menos polvo, arena y otros materiales arrastrados por el viento. Lo más probable es que también sea mucho más silencioso.
Este tornillo aéreo operativo forma parte de un pequeño dron del tamaño de un DJI, pero Prete cree que puede mejorarse mediante la «optimización de la geometría y estudios de rendimiento en distintos modos de vuelo». Aunque él ya no trabajará en este proyecto, el ingeniero considera que la investigación podría continuar en la Universidad de Maryland si hay interés y financiación.
«Podría ser una máquina de vuelo estacionario práctica, capaz de escalar potencialmente hasta transportar a una persona, pero no veo que las empresas la utilicen en sus desarrollos actuales hasta que se realicen más estudios sobre sus funciones, fiabilidad y rendimiento. Sin embargo, con el tiempo podría operar en las mismas posiciones que los rotores carenados»
Un dron inspirado en los bocetos de da Vinci puede despegar y desplazarse. Durante el vuelo, las hélices poco habituales generan un ruido atípico en los drones, que se parece más al de un taladro.
