Mire este cuadricóptero robótico volar agresivamente a través de espacios estrechos

Los microvehículos aéreos podrían algún día hacer una contribución significativa a las operaciones de búsqueda y rescate después de desastres como terremotos o tsunamis. Es fácil imaginar cuadricópteros evaluando edificios, entrando a través de paredes agrietadas y volando a través de espacios derrumbados para encontrar personas atrapadas.

Pero si estos vehículos alguna vez logran realizar esta tarea, deberán navegar de forma autónoma a través de espacios estrechos a gran velocidad y en una amplia variedad de aceleraciones angulares, girando y girando mientras vuelan para atravesar el espacio disponible.

Es más fácil decirlo que hacerlo. De hecho, ningún dron ha sido capaz de hacer esto sin un poder de procesamiento externo significativo para ayudar (ver Daredevil Drone Files through the Trees Like an Ace).

Hoy eso cambia gracias al trabajo de Davide Falanga y sus amigos en la Universidad de Zúrich en Suiza. Estos muchachos han desarrollado un dron autónomo que puede volar rápidamente a través de espacios estrechos utilizando poco más que los datos de una cámara orientada hacia adelante y un procesamiento inteligente a bordo.

El equipo creó un rectángulo marcado con un borde negro grueso para garantizar que el dron pueda verlo. Luego suspenden este rectángulo en el medio de una habitación y dirigen al dron para que vuele a través de él por sus propios medios.

El dron está equipado con una cámara de ojo de pez orientada hacia adelante, que utiliza para detectar la brecha. Para simplificar la tarea, el dron conoce el tamaño del rectángulo y solo necesita calcular la trayectoria requerida.

Esto sigue siendo una tarea desafiante. El procesador integrado realiza el cálculo de la trayectoria en dos etapas. Primero calcula cómo debe volar el dron a través del espacio y el giro, guiñada o giro particular que debe realizar para atravesar el espacio. Lo hace maximizando la distancia del dron desde los bordes del rectángulo para evitar una colisión.

Habiendo decidido esta trayectoria transversal, el procesador integrado calcula una aproximación que lleva al dron al punto en el que puede iniciar la trayectoria transversal.

La trayectoria de aproximación tiene algunas limitaciones adicionales. Por ejemplo, esta trayectoria debe mantener el rectángulo dentro del campo de visión de la cámara en todo momento. El dron necesita ver el espacio para poder determinar su ubicación.

Y el procesador debe recalcular continuamente la trayectoria mientras se asegura de que los ajustes necesarios estén dentro de las capacidades aerodinámicas del dron. El procesador es capaz de diseñar y probar 40.000 trayectorias por segundo.

Una de las razones por las que la trayectoria debe tratarse en dos partes es que el dron no puede ver el rectángulo durante la travesía. Por lo que debe realizar esta maniobra a ciegas, algo que es posible debido a que esta parte del vuelo es muy corta. La trayectoria se genera para minimizar el riesgo de colisión y, debido a su corta duración, no requiere ninguna retroalimentación visual, que no está disponible durante la travesía, dicen Falanga y compañía.

Después de pasar por el hueco, el cuadricóptero debe recuperar su actitud y flotar. Para ello, está equipado con un sensor de distancia y una cámara orientada hacia abajo que utiliza únicamente para esta tarea.

El equipo probó este enfoque utilizando un quadrotor con unas dimensiones de 55 por 12 centímetros y un peso de 830 gramos. El cuadricóptero está adaptado para que los motores se inclinen 15 grados. Esto proporciona tres veces más control de guiñada pero pierde solo el 3 por ciento del empuje colectivo.

El espacio rectangular medía 80 por 28 centímetros, y el equipo voló 35 misiones a través de él a velocidades de hasta tres metros por segundo, lo que requirió un ángulo de balanceo de hasta 45 grados y un ángulo de cabeceo de hasta 30 grados.

Los resultados son una lectura impresionante y se pueden ver aquí . El equipo considera que un vuelo es un éxito si el cuadricóptero pasa a través de la brecha sin colisionar y luego se pone en vuelo estacionario. Logramos una notable tasa de éxito del 80 por ciento, dicen. Hasta donde sabemos, este es el primer trabajo que aborda y reporta con éxito el vuelo agresivo a través de brechas estrechas.

Ref: arxiv.org/abs/1612.00291 : Vuelo agresivo en quadrotor a través de espacios estrechos con detección y computación a bordo

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