211service.com
Descubierta la ley fundamental de la maniobrabilidad de vuelo a alta velocidad
La extraordinaria capacidad de las aves y los murciélagos para volar a gran velocidad a través de entornos abarrotados como los bosques ha fascinado a los humanos durante mucho tiempo. Surge una pregunta obvia: ¿cómo lo hacen estas criaturas?
Claramente, deben reconocer los obstáculos y ejercer el control fino necesario sobre sus movimientos para evitar colisiones mientras persiguen su objetivo. Y deben hacerlo a una velocidad extraordinaria.
Desde un punto de vista de mando y control convencional, esta es una tarea difícil. El reconocimiento de objetos y el juicio de distancia son problemas difíciles y la planificación de rutas aún más difícil.
Incluso con los vastos recursos informáticos a los que los humanos tienen acceso, no es del todo obvio cómo abordar este problema. Entonces, cómo los animales voladores lo manejan con ojos inmóviles, ópticas de enfoque fijo y procesamiento de datos mucho más limitado es algo así como un rompecabezas.
Hoy, Ken Sebesta y John Baillieul de la Universidad de Boston revelan cómo lo han resuelto. Estos muchachos dicen que los animales voladores usan un algoritmo relativamente simple para sortear el desorden y que esto les ha permitido derivar una ley fundamental que determina los límites del vuelo ágil.
Su enfoque se basa en una idea llamada detección de flujo óptico, que ha sido objeto de una atención creciente en los últimos años. La idea aquí es pensar en el campo de visión, no como un conjunto de objetos discretos a diferentes distancias, sino simplemente como una serie de puntos que se mueven a través del campo de visión.
La tasa de movimiento a través del campo de visión depende de factores como el tamaño y la distancia del objeto, así como la velocidad de vuelo.
Sin embargo, la óptica de la vista simplifica significativamente ciertos cálculos sobre este sistema. En particular, permite una determinación muy sencilla de una colisión inminente.
Resulta que, dado un globo ocular que vuela a una velocidad constante hacia un objeto, la tasa de cambio del tamaño de la imagen del objeto en la retina del globo ocular determina el momento del impacto. Ese es un cálculo simple que no requiere conocimiento del tamaño del objeto, la distancia o incluso la velocidad de cierre.
Entonces resulta relativamente sencillo determinar cuándo una colisión es inminente y ajustar el rumbo en consecuencia. Eso es algo que se puede hacer con retroalimentación directa del sistema óptico de una manera muy eficiente.
El trabajo que han realizado Sebesta y Baillieul es generalizar este cálculo para cualquier punto del campo visual y calcular no solo cuándo una colisión es inminente sino cuándo el globo ocular pasa por el objeto.
Luego aplican este método al campo visual en su conjunto para determinar cuándo es probable que haya colisiones y crear un sistema de control que permita realizar ajustes en el rumbo.
Su conclusión es que el enfoque de flujo óptico conduce a un límite fundamental en la agilidad del vuelo a alta velocidad. Los factores que determinan esto son el tamaño y la densidad de los obstáculos en el campo de obstáculos y una cantidad que Sebesta y Baillieul denominan autoridad de conducción, esencialmente el radio de giro del piloto.
Resulta que hay un nivel crítico de maniobrabilidad. Se muestra que hay niveles críticos de autoridad de gobierno, ligeramente por debajo de los cuales es casi imposible transitar un campo de obstáculos y ligeramente por encima de los cuales es casi seguro que habrá una ruta libre de colisiones realizable, dicen.
Ese es un resultado fascinante. Establece un límite fundamental a la capacidad de cualquier piloto para navegar por un entorno a gran velocidad. También permite el desarrollo de un algoritmo relativamente sencillo para alcanzar este límite, o algo cercano a él, utilizando la retroalimentación de datos de imagen.
De hecho, Sebesta y Baillieul ya están explotando esto en un UAV hecho a medida basado en el popular fuselaje quadcopter, equipado con sensores de movimiento, una cámara a bordo y una computadora de placa única Gumstix Fire. Nuestro laboratorio está llevando a cabo actualmente pruebas de vuelo libre en interiores junto con pruebas seleccionadas de vuelos al aire libre atados, dicen.
Eso abre la posibilidad de que los vehículos autónomos de micro-aire se abalancen y se sumergen en entornos abarrotados como gavilanes a través de un bosque. Y hacerlo en un futuro no muy lejano.
Ref: arxiv.org/abs/1203.2816 : Vuelo ágil inspirado en animales con detección de flujo óptico