Los cuadricópteros robóticos podrían ofrecer vuelos de gravedad cero a bajo precio

Uno de los triunfos cómicamente nombrados de la ingeniería aeronáutica es el cometa vómito, un avión que vuela en una trayectoria parabólica para simular las condiciones de gravedad cero. Estos aviones son utilizados por astronautas para entrenar en condiciones de ingravidez durante intervalos de alrededor de 25 segundos y por personas que simplemente quieren experimentar la gravedad cero. Los aviones también han tenido otros usuarios: las escenas ingrávidas de la película. Apolo 13 todos fueron filmados dentro de un cometa de vómito a cero g.

Los cometas vómito también son una de las opciones que tienen los científicos para realizar experimentos en condiciones de microgravedad. Pero los cometas de vómito no son baratos, cuestan hasta 3.000 dólares el kilogramo; y deben reservarse con meses o años de anticipación, por lo que repetir un experimento que de alguna manera salió mal a menudo puede ser difícil.

Otra opción es una torre de caída. Estos tienen un tiempo de respuesta rápido y son fáciles de reservar. Pero son prohibitivamente caros en primer lugar.

Y la opción final, un vuelo en la Estación Espacial Internacional o una nave espacial a medida, es prohibitivamente costosa para casi todos.

Por lo tanto, a los científicos les encantaría tener una alternativa más barata y rápida, al menos para probar diseños de prueba de principio antes de embarcarse en opciones más caras.

Este diagrama muestra las fuerzas que podría producir un cuadricóptero de gravedad cero con rotores de paso variable

Hoy tienen su deseo, o casi, gracias al trabajo de Juan-Pablo Afman y sus amigos en el Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta. A estos muchachos se les ocurrió la idea de usar un cuadricóptero autónomo para crear condiciones de gravedad cero durante períodos cortos. Su solución es altamente flexible, fácilmente repetible y, sobre todo, de bajo costo.

Sus objetivos son fáciles de establecer. Quieren al menos cinco segundos de caída libre, operar dentro de las restricciones reglamentarias y hacer todo esto con un sistema que cueste menos de $25,000.

Eso no es tan fácil como parece. Afman y compañía descubrieron rápidamente que volar un cuadricóptero a gran altura y apagar sus motores no genera gravedad cero debido a la resistencia del aire durante la caída.

Peor aún, las fuerzas que actúan sobre los rotores generan inestabilidades graves que dificultan la recuperación del vehículo, incluso cuando se vuelven a encender los motores. Dado que las fuerzas de empuje son casi nulas, el vehículo es incapaz de mantener la actitud adecuada durante la maniobra y los resultados son catastróficos, dicen.

El problema es que el tipo de rotores de plano fijo que son estándar en la mayoría de los cuadricópteros no pueden producir las fuerzas necesarias para mantener cero go para estabilizar la nave durante la caída libre. Así que el equipo tuvo que idear su propio diseño de rotor de paso variable para darle control sobre la nave en seis grados de libertad en todo momento.

Hay restricciones regulatorias, por supuesto. Una de las más importantes es que los cuadricópteros no pueden volar por encima de los 120 metros en Europa o Estados Unidos. Tampoco pueden pesar más de 25 kilogramos, lo que limita los experimentos que pueden realizar.

Pero eso aún le permite al equipo diseñar trayectorias que producen cero g por hasta cinco segundos mientras mantienen el control total del vehículo.

Por seguridad, el equipo también define un volumen geográfico de espacio dentro del cual el cuadricóptero debe permanecer en todo momento. Esto se define por la distancia balística que recorrería el vehículo si perdiera potencia en cualquier momento. A esto lo llaman geocerca, y garantiza una seguridad relativa.

El equipo también ha creado el software que permite a los usuarios diseñar trayectorias con diferentes perfiles de tiempo de gravedad cero para experimentos específicos.

A pesar de una impresionante cantidad de trabajo de preparación en tierra, el equipo aún no ha realizado ningún vuelo de gravedad cero, principalmente debido a retrasos en el diseño del rotor. Solo tendremos que ver qué tan bien funciona el dispositivo: prometen realizar algunos vuelos de gravedad cero a fines de 2016.

Mientras tanto, el trabajo es un paso prometedor para la investigación de gravedad cero. El precio del sistema lo hace accesible a una amplia gama de institutos y quizás incluso a escuelas. Eso debería presagiar un nuevo interés en los experimentos sin peso y que se pueden lograr con poco o nada de vómito.

Ref: arxiv.org/abs/1611.07650 : Sobre el diseño y la optimización de un robot aéreo autónomo habilitador de microgravedad

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