Los pájaros inspiran el diseño de aeronaves no tripuladas

La Oficina de Investigación Naval (ONR) de la Armada estadounidense está estudiando la capacidad de maniobra y de percepción de las aves como fuente de inspiración para dar autonomía a pequeños vehículos aéreos no tripulados (UAV). Sus esfuerzos han sido publicados en la revista Popular Science.

El proyecto está financiado por ONR y tiene cinco años de duración, según la nota de prensa de la entidad.

En él están examinando el comportamiento de las aves y otros animales pequeños cuando vuelan a altas velocidades a través de entornos complejos, como bosques o entornos urbanos. Los investigadores están tratando de entender por qué los pájaros eligen determinadas opciones de trayectoria de vuelo y cómo pueden hacerlo con tantos reflejos, a velocidades mayores que las que pueden llevar las aeronaves no tripuladas sin arriesgar su seguridad.

El objetivo es desarrollar y probar con éxito un avión pequeño que pueda sortear obstáculos en un entorno muy complejo y no estructurado, mientras mantiene velocidades tan altas como 5 metros por segundo. Los resultados teóricos también podrán ser aplicables a vehículos aéreos no tripulados más grandes, para tareas específicas, como la de aterrizar en sitios difíciles.

"La tecnología de sistemas autónomos puede ser una gran manera de ofrecer una mayor capacidad a la Armada y a la Infantería de Marina a un precio asequible", explica Marc Steinberg, oficial del programa de investigación en Ciencia de Programas de Autonomía de la ONR.

"Podemos proveer aviones de combate con mucha más flexibilidad y que puedan hacer cosas como volar bajo una bóveda de árboles y moverse dentro de las ciudades. Los animales que vuelan demostrar que es posible construir plataformas compactas con sensor de seguridad limitados que se pueden mover a través de los entornos más exigentes", añade Steinberg.

Un bosque de tubos

En el laboratorio, los investigadores han creado un bosque artificial con tubos altos que actúan como si fueran árboles, en la instalación natural Concord Field Station de la Universidad de Harvard. Varias aves y un UAV (vehículo aéreo no tripulado) construido por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) están conectados con pequeñas cámaras de vídeo digitales y tecnología de captura de movimiento similar a la utilizada en Hollywood.

Tanto unas como el otro son estudiados de forma paralela para comparar y aprender del comportamiento de las aves. El objetivo es llevar el experimento a un bosque de verdad al final del programa.

La idea no es copiar las aves, sino incorporar lecciones sobre cómo navegan y usar métodos dinámicos para evitar obstáculos en un sistema que pueda tomar en tiempo real decisiones que tengan en cuenta su entorno.

Por ejemplo, los investigadores ya han descubierto una velocidad teórica en la que la probabilidad de colisión es alta en bosques con una distribución regular de los árboles: si un UAV se mantiene por debajo de ese umbral, la probabilidad de un accidente disminuye drásticamente. El programa también ha comenzado a revelar los tipos de estrategias de vuelo utilizadas por las aves en estos ambientes.

"Queremos construir vehículos aéreos no tripulados a pequeña escala que puedan volar rápidamente a través de ambientes interiores y/o desordenados, pero el control de estos UAV es muy diferente al control de un avión de combate volando por encima de las nubes", señala Russ Tedrake, profesor asociado de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación, y de aeronáutica y astronáutica, en el MIT, que es el director del proyecto.

"Para tener éxito, tenemos que resolver una serie de problemas muy duros en visión artificial y en control no lineal. Este proyecto a largo plazo nos permite centrarnos en las cuestiones de investigación básica que conduzcan a resultados importantes y, en último término, a capacidades radicalmente nuevas de los vehículos aéreos no tripulados".

Más baratos y ágiles

Además de proveer de una mayor flexibilidad a los aviones de combate, los UAV pequeños son más ágiles y fáciles de transportar, y menos costosos. Una meta del programa es hacer este tipo de vuelos baratos con cámaras de vídeo digitales y ligeras como principales sensores. Esto eliminaría la necesidad de otros sensores utilizados normalmente, tales como las basadas en láser, que añaden costes y peso.

El proyecto involucra a investigadores e ingenieros del MIT, de la Universidad de Harvard, de la Carnegie Mellon University, de la New York University y de la Universidad de Stanford.

Otra investigación muy relacionada está siendo llevada a cabo por parte de la Universidad de Washington, la Universidad de Boston, la Universidad de Maryland y la Universidad de Carolina del Norte. En ella se analizan aspectos similares con animales en su hábitat natural, incluyendo aves, murciélagos e insectos grandes, tales como polillas.