La biomimética recibe un importante impulso gracias a la impresión 3D del microavión BionicBee
La fabricación de este objeto capaz de volar en enjambre como las abejas no habría sido posible sin la tecnología FDR de EOS
Los seres humanos llevan mucho tiempo estudiando la posibilidad de utilizar la biomímesis como punto de partida para diseñar materiales y sistemas más eficientes. Aunque los primeros intentos no tuvieron demasiado éxito —como la máquina voladora inspirada en las aves de Da Vinci—, otros han tenido un impacto realmente revolucionario. Es el caso del proyecto BionicBee, un objeto volador en miniatura desarrollado por Festo, la empresa especializada en el campo de la automatización.
El BionicBee es un microavión que destaca por su elevada autonomía, así como por su capacidad para desplazarse por espacios reducidos y complejos y operar como parte de un enjambre. Con una envergadura de 240 milímetros y un peso de tan solo 34 gramos, este objeto volador es actualmente el más pequeño de la red Bionic Learning Network de Festo, una hazaña que no ha estado exenta de dificultades, pero que finalmente ha sido posible gracias a la tecnología Fine Detail Resolution (FDR) de EOS.
El proceso de concepción del microavión BionicBee
«El proyecto BionicBee es fruto de la Bionic Learning Network de Festo, una iniciativa que se centra en estudiar posibles soluciones de ingeniería inspiradas en la naturaleza para abordar los problemas del mundo real», explica Mattias Speckle. «En este caso, la idea consistía en redefinir el concepto de vuelo autónomo estudiando la extraordinaria agilidad y eficiencia que caracteriza a las abejas».
«En lugar de desarrollar un dron convencional, el equipo se propuso diseñar una microaeronave que imitara la estructura ligera y extraordinariamente aerodinámica de las abejas para que pudiera operar en enjambre en aquellas aplicaciones que se desarrollan en entornos complejos», continúa Mattias. «El proyecto también nos ha ofrecido la oportunidad de superar los límites del diseño y la fabricación para demostrar lo que podemos lograr cuando aunamos los principios biológicos con la ingeniería más avanzada».
La importancia de encontrar la solución adecuada
A la hora de diseñar este microobjeto volador autónomo, el equipo de Festo tenía que encontrar un equilibrio que le permitiera obtener una estructura pequeña y ligera y al mismo tiempo garantizara su durabilidad y su funcionalidad. Asimismo, el diseño tenía que ser compacto y al mismo tiempo capaz de albergar varios componentes, entre ellos un motor sin escobillas, tres servomotores, una caja de cambios, una batería y varias placas de circuitos.
No es de extrañar que la fabricación aditiva pasara a ser rápidamente la solución más clara para Festo a la hora de abordar el desarrollo del microavión. «Comprendimos que la fabricación aditiva sería esencial casi desde los inicios del proceso de desarrollo», añade Mattias. «Las características del diseño del BionicBee —un armazón ultraligero pero robusto con geometrías extremadamente finas y complejas— iban más allá de lo que podíamos conseguir con los métodos de fabricación convencionales. El hecho de tener que integrar varios componentes electrónicos en un armazón extremadamente pequeño y ligero requería una estructura reticular optimizada que era prácticamente imposible de elaborar sin utilizar la fabricación aditiva».
Sin embargo, al principio el equipo tuvo dificultades para obtener las especificaciones adecuadas en términos de resistencia, flexibilidad y resolución utilizando la sinterización selectiva por láser (SLS) convencional. «Básicamente, el problema era que la SLS convencional no nos permitía fabricar estas estructuras ultrafinas con el elevado grado de resolución que necesitábamos para reducir el peso al mínimo y al mismo tiempo poder dotar al microavión de la resistencia requerida. Estas limitaciones nos hicieron comprender que teníamos que apostar por una solución diferente», aseguran.
La respuesta a este desafío resultó ser la impresora FORMIGA P 110 FDR de EOS, un modelo basado en la tecnología Fine Detail Resolution de la compañía alemana. Este sistema para polímeros en polvo está equipado con un láser de CO equipado con un haz ultrafino (cuyo diámetro es un 50% inferior al de las impresoras SLS estándares), lo que permite imprimir componentes de nailon resistentes con una precisión dimensional de +/- 40 µm y un grosor mínimo de 0,22 mm.
El objetivo: dar vida a todo un enjambre
Gracias a la estrecha colaboración con su socio fabricante austriaco 1zu1 y a las ventajas de la solución FDR de EOS, Festo ha conseguido al fin imprimir el armazón del microavión y alcanzar los estándares necesarios en términos de resistencia, capacidad y peso máximo.
El cuerpo del objeto volador en cuestión ha sido impreso en 3D con PA 1101, un tipo de nailon derivado del aceite de ricino conocido por su elevada resistencia a los impactos y su estabilidad térmica. El equipo de Festo Bionic también ha optimizado la estructura mediante el modelado basado en algoritmos, lo que le ha permitido reducir el peso de la pieza nada menos que un 85%, pasando de 20 a tan solo 3 gramos sin comprometer el rendimiento.
Al final, la empresa ha logrado crear un microobjeto volador inspirado en las abejas capaz de batir sus alas a una frecuencia de entre 15 y 20 hercios y con cuatro grados de libertad de aleteo. Estas características le permiten maniobrar en espacios reducidos y le confieren la agilidad necesaria para volar en enjambre, algo que Festo ha demostrado con un grupo sincronizado de 20 unidades.
«El microavión BionicBee se ha convertido en un ejemplo de lo que puede lograr la fabricación aditiva de alta resolución con un diseño ligero», añade Mattias. «El éxito de este proyecto ofrece infinidad de nuevas oportunidades, tanto en el ámbito de la robótica aérea avanzada y los microobjetos voladores como en cualquier otra aplicación en la que sea fundamental reducir el peso, fabricar estructuras complejas e iterar rápidamente». En concreto, el hecho de haber logrado demostrar que es posible reducir el peso del bastidor un 85% sin comprometer la integridad estructural sugiere un enorme potencial para otras aplicaciones aeroespaciales, automovilísticas e incluso médicas que requieren componentes precisos, duraderos y ultraligeros.
«Esta colaboración también ha puesto de manifiesto la capacidad de la fabricación aditiva para acortar los plazos de desarrollo, lo que la hace muy atractiva para aquellas industrias basadas en la innovación que desean pasar rápidamente de la fase de concepción a las de los prototipos funcionales y la producción».
