El estudio de los patrones de vuelo de abejas y aves podría desembocar en el desarrollo de aeronaves no tripuladas capaces de permanecer por lapsos mayores de tiempo en el aire, como así también de afrontar cambios repentinos y profundos en el flujo de aire. Así lo establece una investigación desarrollada por ingenieros de la Universidad de Arizona. Por Pablo Javier Piacente.
Especialistas del Colegio de Ingeniería de la Universidad de Arizona han desarrollado una investigación que profundiza el análisis de los patrones de vuelo de abejas y aves, logrando acercarse al diseño de nuevas aeronaves no tripuladas. Las mismas incorporarían varias ventajas con relación a las empleadas actualmente, como la posibilidad de permanecer más tiempo en el aire o la capacidad para hacer frente a complejas variaciones en el flujo de aire.
Los resultados de la investigación, que pueden conocerse en una nota de prensa de la Universidad de Arizona y en un artículo del sitio especializado Physorg.com, permiten avanzar en el desarrollo del análisis matemático y de métodos de diseño aplicados a mejorar radicalmente las capacidades de los aviones no tripulados.
Al mismo tiempo, los nuevos enfoques también podrían ser útiles en vehículos terrestres y otros sistemas que dependen de la adopción de decisiones autónomas. En el caso de las aeronaves no tripuladas, los investigadores creen que con estos nuevos modelos podrían llegar a permanecer indefinidamente en el aire en algún momento.
De esta manera, los sistemas podrían ser utilizados para guiar con seguridad aeronaves y automóviles a través de pequeñas aberturas al entrar en edificios ante una emergencia o catástrofe. La investigación se centra en el análisis matemático y el diseño de sistemas de control que tienen aplicaciones en robótica, biología e ingeniería aeroespacial.
Pruebas en laboratorio
Los ingenieros están trabajando actualmente en sistemas dinámicos y modelos, análisis matemáticos y nuevas formas de control, probándolos en simulaciones experimentales de laboratorio. En el futuro cercano se prevé la validación definitiva de estos sistemas en un banco de pruebas real.
Sin embargo, debido a la complejidad de movimientos que se requiere en algunos sistemas, incluyendo transiciones repentinas de la velocidad o la dirección de los vehículos en el aire, es vital trabajar en simulaciones de laboratorio y comprobar resultados antes de intentar reproducir las condiciones reales.
Los diseños desarrollados en base al estudio de los patrones de vuelo de abejas y aves necesitan ser probados, además, sin las limitaciones de tiempo que insumen los testeos al aire libre. Asimismo, las pruebas en situación real son más lentas y costosas, considerando al mismo tiempo que las condiciones son más difíciles de controlar.
Para analizar los modelos diseñados se han tomado datos provenientes de cámaras dedicadas a la captura de imágenes en movimiento. Las cámaras registran continuamente al vehículo aéreo, su posición, orientación y velocidad. En la fase experimental se trabaja con figuras animadas de los movimientos registrados.
Avances concretos
Luego de extensas pruebas en laboratorio, el equipo ya se encuentra en una mejor posición para utilizar sus recursos de manera más eficiente al momento de realizar la transferencia de las condiciones a los experimentos al aire libre, buscando validar y optimizar los sistemas en el mundo real.
Al momento de realizar la transición de las pruebas al aire libre, el equipo de control debe estar a bordo, como un piloto automático en un avión tradicional, y recibir información de los sistemas de GPS por satélite. En el laboratorio, por su parte, las cámaras funcionan como GPS.
Uno de los principales avances que se están estudiando incluye formas de extraer energía de las ráfagas de viento y corrientes térmicas para ganar altura sin utilizar la energía de la aeronave, como hacen los pájaros cuando buscan volar a mayor altitud. En ese sentido, el nuevo sistema es muy diferente al diseño tradicional de los modelos de control autónomo de aeronaves no tripuladas.
Mientras el enfoque convencional busca anular los efectos de las perturbaciones en los flujos de aire, el nuevo modelo intenta aprovecharlos. Por otra parte, se busca imitar la capacidad de las abejas para volar rápidamente del exterior al interior de la colmena, ingresando por pequeñas aberturas.
Desde el punto de vista del control de las aeronaves no tripuladas, se busca reproducir las maniobras que utilizan las abejas para hacer frente a la discontinuidad en el flujo de aire. De esta manera, los vehículos aéreos autónomos podrían ingresar fácilmente y con seguridad a un edificio por una ventana, por ejemplo. Las herramientas teóricas para el análisis, diseño y simulación de estos sistemas de control están aún en las primeras etapas de desarrollo, pero prometen múltiples aplicaciones en un futuro cercano.
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