Impresión 3D y magnetismo para replicar el vuelo de la mariposa monarca

Investigadores de la Universidad Técnica de Darmstadt y el Centro Helmholtz de Dresde-Rossendorf han desarrollado unas alas robóticas inspiradas en la estructura y dinámica de vuelo de la mariposa monarca. Mediante la impresión 3D crearon unas alas que funcionan sin baterías y con un sistema de flexión pasiva para generar movimiento eficiente. Los investigadores señalan algunas que algunas de las aplicaciones para estos robots flexibles podrían ser la investigación ambiental, las operaciones de búsqueda y rescate, además de aplicaciones médicas.

Las alas de las mariposas reales tienen una gran resistencia y eficiencia de vuelo. Las mariposas monarcas, que sirvieron de inspiración en esta investigación, viajan miles de kilómetros cada año entre México y Canadá, demostrando una gran eficiencia energética y mecánica. Esto motivó a los investigadores a tomar esas características, mediante una réplica impresa en 3D de la estructura de las alas, para integrarlas en un nuevo dispositivo robótico. El aleteo de las alas 3D robóticas se activa cuando están expuestas a un campo magnético. debido a que están impresas con un compuesto de poliuretano termoplástico y partículas magnéticas microscópicas.

El equipo, liderado por el profesor Oliver Gutfleisch y el Dr. Denys Makarov, fabricó doce modelos distintos de alas. Aunque se replicaron distintas estructuras, las que mostraron mejores resultados fueron las estructuras venosas inspiradas en las mariposas monarca. A través de simulaciones con análisis de elementos finitos y experimentación, los investigadores evaluaron la influencia de estos patrones en la aerodinámica y maniobrabilidad de las alas. Los resultados, publicados en la revista Advanced Intelligent Systems, indican que los diseños con estructuras venosas mejoran la resistencia y adaptabilidad del material sin comprometer la flexibilidad. Para lograr replicar tal diseño, se imprimieron los modelos mediante fusión láser por lecho de polvo (L-PBF).

¿Cuáles son las aplicaciones de las mariposas robóticas?

El desarrollo de estas alas robóticas abre nuevas posibilidades en distintos sectores. En el ámbito ambiental, podrían utilizarse para monitorear ecosistemas y estudiar poblaciones de polinizadores. En misiones de búsqueda y rescate, su diseño ligero y eficiente permitiría la exploración de áreas de difícil acceso tras desastres naturales. Además, en el campo biomédico, esta tecnología podría aplicarse en cirugías de mínima invasión o en el desarrollo de músculos artificiales y materiales inteligentes con capacidad de cambio de forma.

Uno de los principales desafíos actuales es que se necesita un campo magnético externo para accionar las alas. Según Muhammad Bilal Khan, coautor del estudio, “más adelante se podrían integrar generadores de campos magnéticos miniaturizados para permitir movimientos autónomos”. Asimismo, se investigarán nuevas estrategias para optimizar el control y la precisión del movimiento mediante variaciones en la intensidad y dirección del campo magnético.

El desarrollo de estas alas robóticas representa un avance en la robótica bioinspirada. Al mismo tiempo, la impresión 3D muestra su potencial para la creación de dispositivos funcionales que imitan la eficiencia y adaptabilidad de los sistemas biológicos. Con futuras mejoras, esta tecnología podría revolucionar diversos sectores, desde la exploración ambiental hasta la medicina de precisión. Puedes conocer más sobre la investigación aquí.

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*Créditos de la foto de portada: Technical University of Darmstadt