El dron inspirado en una gaviota

Tom Batchelor analiza un dron de alto secreto inspirado en las gaviotas de Cornualles

Los cielos de Cornualles estarán pronto un poco más ocupados con el lanzamiento de un nuevo dron. Y aunque la mayoría de nosotros consideramos que las gaviotas son una plaga, este dron simula el vuelo de las aves aprovechando el viento, lo que significa que puede permanecer en vuelo hasta diez veces más que los vehículos convencionales alimentados por baterías.

El proyecto Hover Bird, creado por Patrick Maletz, graduado en ingeniería aeroespacial en Falmouth, pretende aprender de la naturaleza imitando cómo las aves ganan altura y cubren grandes distancias simplemente utilizando la energía de las corrientes de viento. La mayoría de los drones convencionales tienen dificultades incluso en condiciones moderadamente inestables, pero al diseñar un vehículo aéreo no tripulado (UAV) que utiliza el viento en su beneficio, Maletz espera que su prototipo pueda ayudar pronto a prestar servicio en algunas de las zonas más remotas e inhóspitas del mundo.

Seagull Drone
The Hover Bird mimics how seagulls use energy from wind currents to gain altitude and cover great distances Keval Kanpariya/Unsplash

No es un dron normal
El prototipo de Falco Drone Technologies tiene varias características que lo diferencian de los vehículos aéreos no tripulados normales: puede volar durante mucho más tiempo, por lo que cubre mayores distancias, y lo consigue incluso en condiciones de viento fuerte que dejarían en tierra a muchos de sus competidores. Según Maletz, el dron es tan fácil de controlar como un cuadricóptero convencional, e incluirá funciones inteligentes que le permitirán beneficiarse de cualquier fuerza o dirección del viento.

"Lo que más frena a los drones en áreas clave como la búsqueda y el rescate, el vuelo en terrenos montañosos, algunas formas de agricultura y cosas como la inspección de energías renovables, es que están realmente limitados por el tiempo que pueden volar y por el tipo de condiciones meteorológicas en las que pueden salir", dijo Maletz a AIR International. "Hover Bird utiliza una tecnología que permite al dron aprovechar el viento local y las corrientes de aire para mantenerse en el aire, volando básicamente como lo haría un pájaro. Así, en lugar de luchar contra las ráfagas, el dron es capaz de complementar la elevación que obtiene de sus motores utilizando el viento y las corrientes de aire, lo que aumenta drásticamente su tiempo de permanencia en el aire."

Mientras se somete a pruebas, el dron será controlado por un ser humano. Pero, con el tiempo, está previsto que todos los controles estén totalmente automatizados.

"El objetivo final es que el dron sepa de qué lado viene el viento y sepa cómo optimizar la orientación en el aire para volar con la mayor eficacia posible", explica Maletz. "Hay otros retos, como los problemas de control. Por ejemplo, lograr la estabilidad con vientos racheados es complicado, pero son retos técnicos que deberían ser fáciles de superar con más tiempo".

El paquete de diseño detallado se mantiene en secreto mientras Maletz solicita la patente. Presentó una propuesta inicial a la oficina de patentes el año pasado, pero debe esperar hasta octubre hasta que se apruebe; mientras tanto, cualquier información sobre su diseño que se haga pública no puede añadirse a la solicitud de patente. Así que, por ahora, el aspecto exacto del dron, y cualquier foto del mismo, deben mantenerse en secreto. Pero lo que sí sabemos es que se trata de un diseño de cuadricóptero, lo que significa que tiene cuatro hélices que permiten el despegue y el aterrizaje vertical, así como la capacidad de planear. La diferencia es que el dron tiene un ala adicional montada de una "forma novedosa" que le permite complementar la elevación de sus cuatro hélices utilizando el viento y las corrientes locales. Pero el ala en sí no cambia de forma durante el vuelo. "Se me ocurrió la idea inspirándome en la naturaleza", explica Maletz, cuyo trabajo diario es la robótica humanoide. "Mi propuesta inicial era hacer un dron que sirviera para patrullar los esquís. Eso fue hace bastantes años. Era una idea vaga de que podría buscar gente en las montañas o lanzar dinamita para controlar las avalanchas.

"Pero no llegué muy lejos porque enseguida me di cuenta de que el entorno de la montaña era muy duro para el dron y no se podía despegar de forma fiable". Y continuó: "Vivo en Cornualles y paso mucho tiempo en el mar o cerca de él. Se suelen ver muchas gaviotas y otros pájaros volando por ahí y sólo con verlos te das cuenta de lo eficientes que son. Si observas a los pájaros, tienden a aprovechar las corrientes de viento y las corrientes ascendentes para mantenerse en el aire, y apenas utilizan energía. Así que me puse a trabajar en ello y diseñé el Hover Bird inicial a partir de esos primeros principios".

Tiempos de prueba
En primavera se terminó de trabajar en el primer prototipo del dron, y se han realizado pruebas en tierra con "bastante éxito". La siguiente fase del proceso consiste en recopilar los datos, perfeccionar el diseño y, el año que viene, someter el dron a pruebas específicas de aplicación.
Esto incluirá un vuelo de prueba en colaboración con Marine-i, que ayuda a desarrollar empresas de tecnología marina en Cornualles y las Islas Scilly. El UAV realizará un vuelo de inspección de una turbina en Escocia.

Patrick Maletz
Falmouth-based aerospace engineering graduate Patrick Maletz is the brains behind the Hover Bird Patrick Maletz

Situada frente a la costa de Fife, la turbina de demostración de Levenmouth (LDT) de ORE Catapult es una turbina eólica marina dedicada a ayudar a las empresas a investigar y desarrollar tecnología innovadora para apoyar el sector de las energías renovables. Se espera que las capacidades únicas del Hover Bird demuestren que puede volar con la estabilidad necesaria alrededor de la estructura durante más tiempo del que pueden hacerlo otros drones.

Uso y obstáculos
Una vez probada, la tecnología podría alquilarse a empresas que quieran integrarla en sus operaciones, principalmente en la agricultura, la energía y los servicios de emergencia. "No estamos desarrollando soluciones finales completas, hay mucha gente que ya lo hace bien. Lo que pretendemos es proporcionar a la gente vehículos de vuelo más capaces que puedan integrar en sus propias cargas útiles", afirma Maletz, que ha trabajado en el proyecto en solitario desde la creación de la empresa el pasado mes de abril.

El tiempo y el dinero siguen siendo los factores limitantes del proyecto, aunque Falco Drone Technologies ha recibido una subvención de Agri-tech Cornwall para desarrollar el primer prototipo, junto con el apoyo de AeroSpace Cornwall, un fondo de investigación, desarrollo e innovación, y Marine-i. Maletz ha recibido más de 12 horas de asesoramiento empresarial individualizado, incluido tiempo con un académico de la Universidad de Plymouth y ayuda para la presentación de una solicitud de patente provisional. "También tengo mi trabajo normal como ingeniero mecánico, así que entre esas dos cosas estoy bastante ocupado".

Desafíos energéticos
El dron funciona con energía eléctrica, aunque nada impediría a los desarrolladores integrarlo en un vehículo de propulsión híbrida. Los fabricantes de drones convencionales deben sopesar el tiempo de vuelo adicional que ofrece una batería más grande con la reducción de la carga útil asociada. Pero el diseño del Hover Bird permite superar ese problema. "Los drones utilizan alrededor del 95% de su energía sólo para flotar y mantenerse en el aire, lo que significa que tienden a tener un tiempo de vuelo realmente bajo", explicó Maletz.

Cornish Coast
The rugged Cornish coast, with its unpredictable and often stormy weather, was a source of inspiration for Hover Bird designer Patrick Maletz Edson Rosas / Unsplash

"Veinte minutos o media hora suele ser la norma hoy en día, y es increíblemente difícil aumentar ese tiempo porque si se añade una batería más grande para conseguir tiempos de vuelo más largos se obtienen rendimientos decrecientes, y la batería más grande es más pesada, lo que significa que hay que reducir las cargas útiles. Se llegaría a un límite bastante duro que está relacionado con la densidad energética de las baterías modernas.

"Sin embargo, si se puede complementar parte del 95% de la energía -o incluso toda- con el viento, se pueden conseguir aumentos realmente importantes, y algunas de las simulaciones muestran que el prototipo inicial de este dron debería ser capaz de alcanzar unas tres horas y media de vuelo en condiciones óptimas. Es un aumento enorme en potencia". Con ajustes de diseño, la resistencia del dron podría ser aún mayor.

Rápido pero seguro
La mayoría de los drones comerciales pueden operar con seguridad con vientos de 10 a 30 mph, siendo la velocidad máxima del UAV la que determina exactamente cuál es la tolerancia máxima al viento de cada vehículo. Sin embargo, como el Hover Bird está diseñado para beneficiarse realmente de las corrientes de aire, puede volar con vientos mucho más fuertes, y se espera que el prototipo alcance un límite superior de velocidad del viento de al menos 45-50 mph. "El grado de aproximación que pueda alcanzar este dron depende del sistema de control", señala Maletz. "Pero es posible alcanzar los 80 km/h, e incluso más. Al haber complementado toda la sustentación que necesitan los motores [con el ala adicional], se puede utilizar toda la potencia del motor para luchar contra el viento, lo que realmente aumenta el límite superior de lo que se puede volar".

"Los drones normales tienden a tener problemas con vientos de 30 km/h y la mayoría se quedan en tierra con vientos de 40 km/h. Hay algunos que pueden soportar más, pero suelen ser muy grandes y pesados y extremadamente ineficientes. Al combinar las ventajas de los aviones de ala fija y los multirrotores, el Hover Bird podría ofrecer pronto una solución a las empresas que operan con drones en algunos de los entornos más duros e imprevisibles. Si todo sale bien, y las pruebas de este verano han dado los resultados que Maletz esperaba, su UAV podría revolucionar el mercado de los drones con mayores tiempos de vuelo, cargas útiles más elevadas y una fiabilidad inigualable.
fiabilidad.

Drones en el mar
La empresa de robótica marina Ocean Infinity, con sede entre Austin (Texas) y Southampton (Reino Unido), está trabajando en un proyecto que permitiría que enjambres de drones aéreos lanzados desde una "Armada" de buques robóticos marinos sin tripulación realizaran inspecciones de parques eólicos en alta mar.

Ocean Infinity Armada
Ocean Infinity Armada Aerial drone swarms will launch from an uncrewed ‘Armada’ of marine robotic vessels Ocean Infinity

El programa, que se lleva a cabo en colaboración con la Universidad de Portsmouth, Airborne Robotics y Bentley Telecom, se basará en la conectividad 5G y por satélite para proporcionar drones que evalúen las turbinas en el mar, eliminando el coste y los riesgos de seguridad asociados a las inspecciones humanas.

El buque robotizado actuará como plataforma de lanzamiento de los drones y permitirá que los vehículos aéreos se recarguen y transmitan sus datos a la costa. Oliver Plunkett, director general de Ocean Infinity, anunció en agosto que la empresa había adquirido Geowynd, especialista en geotecnia marina de Oxfordshire, lo que, según dijo, le ayudaría a "acercarse a la movilización de Armada". Y añadió: "No cabe duda de que las energías renovables son la clave de un futuro sostenible. Luchar por un futuro más limpio y ecológico es enormemente importante para Ocean Infinity; impulsa todo lo que hacemos".

La empresa tiene previsto ampliar su flota a 17 barcos robóticos en los próximos dos años, y el proyecto Drone Swarm for Unmanned Inspection of Wind Turbines (Dr-SUIT), de 1,6 millones de libras, estará listo para una demostración completa ya en 2022.

Los dronesen la arqueología
Los drones son una herramienta especialmente útil para los arqueólogos. Permiten realizar fotografías aéreas estables a baja altura y pueden equiparse con cámaras y sensores especializados, como unidades de imágenes multiespectrales e incluso escáneres láser, lo que ayuda a los investigadores a descubrir yacimientos y paisajes arqueológicos como nunca antes.

Los vehículos aéreos no tripulados se utilizan cada vez más para llevar a cabo tareas como la supervisión de yacimientos y el registro de elementos excavados, además de ayudar a generar modelos 3D precisos.
Historic England, el organismo público que se ocupa de los edificios y monumentos más antiguos del país, lleva más de una década complementando las fotos obtenidas con mástiles, cometas, globos, helicópteros y aviones con imágenes adquiridas con drones.

Hadrian's Wall
Historic England geospatial surveyor Jon Bedford using a drone at Hadrian’s Wall David Andrews / Historic England Archive

En Estados Unidos, el profesor Jesse Casana, que preside el Departamento de Antropología del Dartmouth College de New Hampshire, formó parte de un equipo que utilizó vehículos aéreos no tripulados para observar un yacimiento arqueológico en el sureste de Kansas que se cree que es la ubicación de Etzanoa, un importante asentamiento que, según se dice, encontraron los conquistadores españoles.

Mediante el uso de drones, el equipo capturó imágenes térmicas y multiespectrales de alta resolución, revelando un gran movimiento de tierra circular que, según los investigadores, podría haber sido una estructura ritual o defensiva.

En declaraciones a AIR International, Casana afirmó que los arqueólogos habían sido "los primeros en adoptar" la tecnología de los drones, que ahora se ha "integrado plenamente en la parte estándar de nuestro conjunto de herramientas". Las imágenes que se pueden obtener con un dron son ideales para satisfacer las necesidades de muchos arqueólogos, ya que permiten obtener mapas e imágenes de alta resolución de muy cerca". Añadió que los nuevos y más avanzados sensores instalados en los vehículos aéreos no tripulados ofrecen a los arqueólogos una visión mucho más clara de sus excavaciones.

"Si uno toma una foto del terreno con una cámara de color normal, ve lo que vería si estuviera en un avión mirando hacia abajo. Pero hay muchos elementos arqueológicos que no se pueden detectar con los ojos. Un muro de piedra seca, o una zanja, o la base de una antigua casa, podrían estar bajo el suelo. Y hay diferencias sutiles en la forma en que los elementos arqueológicos pueden afectar al crecimiento de las plantas que se encuentran sobre ellos, por lo que es algo que a menudo no se puede ver en una foto aérea normal.

"Además, muchas de las cosas que buscamos son temperamentales en términos de cuándo son visibles. Así que hay que estar allí en el momento justo, por la noche, o por temporadas, para poder grabarlo. Y si dependes de la programación de un avión o algo así para volar, entonces puedes perder esa ventana. Así que los drones nos permiten recoger la resolución que queramos, cuando queramos. Y eso es fundamental para que funcione", explicó.