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26/05/2020

Nuevos sistemas de navegación para drones en entornos sin GPS

Luis Salazar Brehm / Jueves, 20 Febrero 2020 - 19:50

El desarrollo acelerado de los drones ha sido en gran medida gracias a la miniaturización de sus sensores internos.

Los sensores de posición ayudan a ubicar la aeronave en el espacio, dando localización continua, permitiendo ubicar al aparato en un mapa geo­referenciado en tiempo real. Hasta hace poco, la mayoría de los drones comerciales se valían sólo de dos sistemas para ubicar su posición: el equipo GPS y a la unidad inercial.

  • Equipo GPS. Está supeditado a la recepción vía satélite para obtener la posición del aparato. Emplea el principio de triangulación una vez obtenidas las distancias desde el receptor a tres o más satélites.
  • Unidad inercial. A diferencia del equipo GPS, la unidad inercial es un sistema autónomo (no requiere ningún tipo de infraestructura externa para funcionar). Este equipo, además de tener un giróscopo en cada uno de los ejes X, Y, Z del aparato (de los que obtenemos la altitud de vuelo), incluye tres acelerómetros. Estos sensores miden las aceleraciones lineales a las que se expone cada uno de los tres ejes durante el vuelo. Integrando estas aceleraciones se obtiene la información de velocidad terrestre (velocidad de desplazamiento respecto al suelo) y, conociendo la duración de éstas, se consiguen las distancias. Los vectores (dirección y sentido de las aceleraciones) se dan por medio de los giróscopos. Sabiendo las distancias recorridas y sus vectores se puede deducir la posición de la aeronave siempre que se parta de una posición inicial conocida. Hay equipos inerciales donde esta posición inicial debe ser introducida manualmente a modo de coordenadas y otros, más sofisticados, la obtienen automáticamente de la unidad GPS).

Con estos dos equipos, tanto con el GPS como con el inercial, además, es posible obtener información de altura o altitud real, velocidad terrestre (conocida como GS o Ground Speed), régimen de ascenso o descenso, así como indicación de rumbo. 

La empresa estadounidense Exyn Technologies presentó su nuevo dron llamado Scoutonomy que permite que los drones vuelen de manera autónoma y mapeen un entorno sin GPS; proporciona una "escala móvil" de autonomía, que va desde vuelos totalmente autónomos hasta vuelos autopilotado y asistidos por pilotos. 

Este nuevo sistema tiene la capacidad de navegar en entornos dinámicos, complejos y peligrosos sin la ayuda de mapas de áreas precargados. El nuevo dron utiliza sistemas de sensores capaces de detectar el entorno en el que vuela, ajustar su curso en tiempo real y detectar objetos y humanos.

El uso de GPS en los drones ha dado hasta ahora el principal componente la navegación de los drones, la falta de acceso de la señal de los satélites como lugares cerrados, significaba un gran reto para los pilotos y dependían de éste en todo momento. 

El objetivo detrás de Scoutonomy es eliminar la necesidad de que los humanos entren en entornos peligrosos y potencialmente mortales para labores de reconocimiento. En un principio, las aplicaciones serán de tipo militar (como ha sido el caso de muchas tecnologías). Usando Scoutonomy, el personal militar podrá mapear terrenos, estructuras y ubicaciones difíciles de alcanzar. Al mismo tiempo que es capaz de identificar ubicaciones enemigas, posicionar equipos y más. Todo sin tener que tener a un humano en peligro.

Un nuevo sistema de robot aéreo detecta y clasifica su entorno en tiempo real para recopilar rápidamente información crítica, incluidos mapas 3D de alta resolución, detección de personas y objetos, facilitando las labores de reconocimiento.

La tecnología se puede aplicar también en otros entornos, incluida la respuesta a desastres, cuando los drones pueden explorar edificios y encontrar personas que necesitan rescatar sin poner en peligro la vida de los rescatistas humanos en el proceso. Otros casos de uso incluyen minería, logística y construcción, según c4isrnet.com.

Uno de los mayores desafíos en robótica es desarrollar sistemas autónomos que puedan operar de manera confiable en entornos no conocidos. Esta es la razón por la cual, por ejemplo, la compañía líder de autos sin conductor Waymo sólo prueba sus vehículos en áreas en las que ha pasado innumerables horas creando mapas 3D detallados.

Exyn Technologies, está haciendo enormes caminos en navegación autónoma y mapeo en tiempo real de entornos desconocidos, sin infraestructura y donde no cuenta con balizas, GPS o banda ancha (p.e. 5G).

Este dron utiliza múltiples sensores para percibir su entorno (cámaras, LiDAR (Velodyne VLP-16), radar y RGBD) y una fusión de sensores que recopila los datos en tiempo real para estimar la posición y orientación del dron en relación con el lugar donde comenzó el vuelo. Cada sensor da una estimación del estado, luego se fusiona para determinar la posición en referencia con el punto de origen del vuelo.

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