El Robot Locomotion Group de CSAIL revela un nuevo vehículo aéreo controlado por computadora que puede realizar giros muy pronunciados.
Abby Abazorius, CSAIL. Original (en inglés)
¿Cómo maneja un pájaro el viento, colgándose sin ningún esfuerzo mientras es azotado por ráfagas de viento y vuela a través de grupos de árboles con una precisión perfecta? El profesor asociado Russ Tedrake del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencia Computacional quiere entender como los pájaros pueden operar bajo dichas condiciones y crear máquinas que puedan hacer lo mismo. Su meta actual es desarrollar un vehículo aéreo que pueda volar como un pájaro, lanzándose a través de árboles y estrechamente evitando obstáculos durante un vuelo a toda velocidad.
Tedrake y el Robot Locomotion Group, su grupo de investigación en el Laboratorio de Ciencia Computacional e Inteligencia Atificial (CSAIL – Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory), recientemente reveló un video de un nuevo vehículo aéreo controlado por computadora que puede realizar precisamente giros muy pronunciados, girando 90 grados para lanzarse a través de una abertura más estrecha que las alas del avión.
Esta investigación es parte de una iniciativa de cinco años de múltiples investigaciones patrocinadas por la Oficina de Investigación Naval, liderada por Tedrake e involucrando investigadores del la Universidad de Carnegie Mellon, Harvard, MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), Universidad de Nueva York y la Universidad de Stanford, para desarrollar un vehículo aéreo no tripulado (VANT o UAV por sus siglas en inglés de unmanned aerial vehicle) del tamaño de un pájaro capaz de vuelo rápido, preciso y repetible a velocidades de 10-15 metros por segundo. El vehículo aéreo desarrollado por Tedrake y su equipo puede operar actualmente a velocidades de 7-8 metros por segundo.
“Somos inspirados por los pájaros, pero no estamos tratando de construir un sistema que los imite exactamente”, dice Andrew Barry, un estudiante graduado en el grupo de investigación de Tedrake. “Estamos tratando de tomar ideas de la naturaleza y entonces construir un sistema diseñado”.
Para crear un VANT capaz de volar como los pájaros, el grupo de investigación de Tedrake primero diseño un vehículo aéreo especial que pudiera manejar el vuelo a alta velocidad. Con la ayuda del profesor Mark Drela del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT, el grupo construyó un vehículo aéreo con alas de espuma chapeadas con fibra de vidrio que eliminan la necesidad de alerones, superficies de control típicamente usadas para el control de giro en un vehículo aéreo. El centro del avión está hecho de hule para que el avión pueda resistir colisiones. El vehículo tiene alas de 71.12 cms y con toda la instrumentación a bordo, incluyendo cámaras estéreo de alta velocidad, pesa actualmente 573 gramos.
“El avión es como un rompecabezas tridimensional de alta tecnología que casi no contiene pegamento. Consiste de más de 30 piezas independientes, muchas de las cuales se deslizan o encajan juntas”, dice Tim Jenks, un ingeniero mecánico quien está trabajando en el grupo de investigación de Tedrake. “Muchas de estas piezas son diseños cortados por láser que podrían ser fácilmente producidos en grandes cantidades”.
Por el momento, el avión es operado usando un sistema de captura de movimientos similar a aquellos usados en Hollywood, pero en el futuro los investigadores están planeando implementar un sistema de visión para guiar y controlar el avión.
Controlar un vehículo aéreo que está realizando tan complicados movimientos a altas velocidades es difícil debido a lo complejo e impredecible del flujo del aire a altos ángulos de ataque, como cuando está realizando un giro muy pronunciado. Antes de volar, los modelos computacionales permiten a los investigadores planear una trayectoria a través de los obstáculos. Entonces, gracias a un sistema de control cuadrático lineal que varía en el tiempo, el avión puede ser guiado precisamente a través de maniobras muy pronunciadas. Durante el vuelo, una computadora remota procesa la trayectoria del avión y envía los resultados al avión de manera inalámbrica, donde las computadoras a bordo envían señales eléctricas a los motores, que activan las alas del avión.
El equipo decidió probar su trabajo con una demostración de giro pronunciado por que la maniobra los forzó a resolver un complicado problema de control.
“Elegimos el experimento con giro pronunciado porque nos forzó a resolver todos los problemas correctos”, dice Barry. “Es un desafío y problema de control, ya que el vehículo aéreo tiene que ser capaz de volar precisamente y realmente rápido. Además, es complicado hacer que el vehículo aéreo gire adecuadamente por que el flujo de aire no es suave”.
“El desafío de la tarea de giro pronunciado fue generar trayectorias para el avión que lo llevaran a sus límites físicos de lo que es capaz mientras sigue la trayectoria de manera consistente y segura”, dice Anirudha Majumdar, un estudiante graduado en el grupo de Tedrake. “Veo la tarea en el video como un pequeño paso hacía la tarea más grande que nos hemos propuesto de volar a través de entornos llenos de obstáculos como bosques. El acercamiento sería tener una gran “librería” de trayectorias similares a la del video que el avión pueda elegir según sus sensores proveen más información sobre los árboles/obstáculos enfrente de él”.
Ultimadamente, la meta del trabajo de Tedrake es ganar un mejor entendimiento para la teoría del control, y como operar máquinas bajo condiciones complejas y variantes como disturbios aerodinámicos. Trabajando en un proyecto como desarrollar un vehículo aéreo que pueda volar como un pájaro y realizar giros pronunciados le permite a Tedrake y a su equipo probar la efectividad de sus sistemas de control con resultados muy claros.
“[Este proyecto] nos fuerza a formular la pregunta correcta por la razón correcta,” dice Tedrake. “Tener equipo como este nos mantiene honestos al evaluar nuestro trabajo para entender mejor la teoría de control”.
Reimpreso con permiso de MIT News.
Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)