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El reto de diseñar drones seguros, versátiles y con más cerebro

31 de Enero de 2019
dron

Un dron es una aeronave no tripulada que puede ser controlada de manera remota.

Un UAV (siglas de unmanned aerial vehicle o vehículo aéreo no tripulado), comúnmente conocido como dron, se define de manera estricta como “un vehículo aéreo propulsado que no transporta a ningún operador humano, utiliza fuerzas aerodinámicas para levantar el vehículo, puede volar de forma autónoma o ser pilotado remotamente, puede ser desechable o recuperable para posteriores usos y puede llevar una carga tanto letal como no letal”. En definitiva, un dron es una aeronave no tripulada que puede ser controlada de manera remota.

Etimológicamente, la palabra dron proviene del término inglés drone, que significa abeja o zángano. Comenzó a utilizarse en los años 30 del pasado siglo para referirse a los dispositivos aéreos de control remoto del ejército del Reino Unido debido al sonido similar al zumbido de las abejas que emitían durante su vuelo.

Hoy en día, el rápido desarrollo de la industria de los drones y el abaratamiento de costes de estos aparatos permiten que se utilicen ya en campos tan diversos como la agricultura, la vigilancia, la fotografía aérea, la detección de fugas de gas, la localización y predicción de incendios, la monitorización del medio ambiente, la arqueología, la supervisión de estructuras y edificios y la inspección de líneas eléctricas.

Sin embargo, aunque esta tecnología ha evolucionado rápidamente, aún existen desafíos que resolver, como la integración de los vehículos en un espacio aéreo no segregado, el desarrollo de drones multipropósito y la toma de decisiones inteligentes a bordo y en tiempo real.
 
Un espacio aéreo común
En la actualidad, los drones vuelan en espacios aéreos específicos y segregados bajo ciertas normas, separados de los aviones regulares. Sin embargo, su gran proliferación hace necesario encontrar la manera de que estos dispositivos puedan compartir el espacio aéreo con la aviación convencional. Esta integración no está resuelta hoy, dada la complejidad y extensión de las áreas a las que afecta y a la necesidad de obtener soluciones internacionalmente aceptadas.

Para poder introducir estos vehículos en el espacio aéreo comercial se debe aumentar su fiabilidad, ampliar sus capacidades y mejorar su facilidad de uso. Al mismo tiempo, debe resolverse el desafío normativo que supone su integración en el espacio aéreo nacional e internacional.
La mayoría de las operaciones que realizan y realizarán los drones exigen la capacidad de autonomía de vuelo.

Sin embargo, el vuelo autónomo no está permitido por las diferentes agencias regulatorias (por ejemplo, por la Agencia Estatal de Seguridad Aérea en España) debido a la falta de seguridad. Uno de los problemas más importantes que debe abordarse en este sentido es el desarrollo de sistemas para detectar obstáculos y evitar colisiones.
 
Drones multipropósito 
Ya existen infinidad de drones en diferentes formatos y con diversas características, pero cada una de estas aeronaves se ha diseñado para un uso muy concreto y es difícil utilizarlas para una tarea distinta.
Este impedimento provoca que, si un operador quiere realizar distintos trabajos, deba hacer una gran inversión para comprar diferentes aeronaves y cubrir costes indirectos como licencias, seguros, almacenamiento y mantenimiento.

Por eso, otro de los grandes desafíos que existen en la actualidad es el diseño y desarrollo de drones multipropósito que doten de versatilidad a estos dispositivos para que puedan llevar a cabo un espectro más amplio de tareas.

Sin embargo, la realidad es que, generalmente, tanto los drones comerciales como los UAV DIY (de do it yourself o hazlo tu mismo) se diseñan y construyen con unas características determinadas para cada campo de aplicación e, incluso, para cada caso de estudio. Al no proporcionarse aquellas que pueden ser requeridas en otros campos, disminuye la posibilidad de que sean reutilizados y aumentan los costes asociados.

La existencia de un dron multipropósito podría resolver muchos de los problemas que tiene esta tecnología en la actualidad pero, principalmente, permitiría que estas aeronaves pudieran ser empleadas en todas las áreas. Esto implicaría un claro beneficio para las empresas que prestan servicios con este tipo de tecnologías: podrían hacer más con menos.

Con una flota pequeña de drones, podrían cubrir un amplio conjunto de tareas, ahorrando costes de adquisición de nuevos dispositivos y otros gastos asociados, y asegurar que se cumplen todas las restricciones de seguridad.
 
Decisiones a bordo y en tiempo real
La ausencia del piloto en estas aeronaves conlleva otra serie de problemas. Entre ellos, el hecho de que se precise sustituir la habilidad del piloto de observar y analizar la situación y tomar decisiones, por una capacidad equivalente obtenida mediante sensores de monitorización del entorno y procesadorespara calcular trayectorias y establecer posibles soluciones en caso de conflicto.

La toma de decisiones en tiempo real de los vehículos aéreos no tripulados es otro de los principales desafíos a abordar en el sector. De hecho, la falta de estrategias adecuadas en este sentido es la causa de la mayoría de los accidentes en los que se ven involucrados dispositivos de este tipo.

Como no podía ser de otra forma, el objetivo principal es mejorar su seguridad, evitar los riesgos y daños públicos. Para ello, es necesario conocer lo que está ocurriendo en el entorno del dron para gestionar su integridad y cumplir con los requerimientos legales.
 
Un cerebro como solución
En vista de todos estos desafíos, he diseñado en el seno del Grupo de Investigación Quercus de Ingeniería del Software de la Universidad de Extremadura un dispositivo que se podría acoplar a cualquier dron para dotarlo de inteligencia artificial, que viene proporcionada por la integración de software específico de desarrollo propio.

La solución hardware y software está orientada a facilitar la integración en el espacio aéreo y la coexistencia de los drones con el resto de aeronaves de forma segura, cumpliendo la legislación vigente, para llevar a cabo cualquier tipo de tarea y trabajo.
El dispositivo monitoriza todo lo que está ocurriendo en el entorno (nivel de batería, velocidad y dirección del viento, lluvia, luminosidad, obstáculos, etc.) y trata los parámetros dependiendo del trabajo a realizar y la situación en la que se encuentra el dron.

Como ejemplo para un mejor entendimiento, es posible hacer un símil con los coches autónomos, capaces de adaptar su velocidad a la indicada por las señales de tráfico, aparcar en una plaza libre e, incluso, pararse si se encuentran ante un peatón.

Con un cerebro para drones logramos algo parecido, pero en el aire: si el dron se encuentra con obstáculos, busca rutas alternativas para continuar con su labor; si detecta lluvia o baja luminosidad, aterriza y si detecta que tiene poca batería, vuelve a la estación base.

Con este cerebro artificial se podrían resolver problemas como los ocurridos en diciembre en el aeropuerto de Gatwick de Londres (Reino Unido), que tuvo que cancelar todos sus vuelos (alterando los viajes de más de 100.000 pasajeros) y cerrar su aeródromo por diferentes ataques con drones.

Gracias a este tipo de adelantos, veremos en pocos años a estos vehículos realizando tareas peligrosas, difíciles o poco agradables para los seres humanos, como la búsqueda de personas en grandes extensiones de terreno, la manipulación de materiales nocivos y la inspección de lugares confinados o de difícil acceso.
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