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Radiografía de un dron: cerebro automático, sensores y una relación telepática con el piloto

Las grandes aeronaves no tripuladas son capaces de volver a casa sin ayuda, de calcular sus necesidades fisiológicas e incluso de autodestruirse. Sin embargo, un piloto supervisa desde tierra sus acciones. El Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial disecciona para HojaDeRouter.com la anatomía de MILANO, una aeronave de 12 metros que pesa una tonelada. ¿El reto para el futuro? La verdadera inteligencia artificial.

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Vehículo aéreo no tripulado de China (Foto: Times Asi | Flickr)

Vehículo aéreo no tripulado chino

La RAE ya ha aceptado el término dron con la acepción de “ aeronave no tripulada”. Y aunque es una definición estrictamente cierta, la parquedad de palabras esconde el verdadero funcionamiento de estas obras de arte de la ingeniería.

Los drones de gran tamaño surcan los cielos en nuestro televisor y los ciudadanos nos asustamos al pensar que cualquier Predator es, por sí mismo, un potencial asesino. Si tú también crees que los drones de gran envergadura poseen una inteligencia superior y viajan sin comandante, lo sentimos: vamos a desilusionarte. Todos están pilotados, solo que el operador está en tierra. Es más, desde el sector de las aeronaves no tripuladas prefieren no utilizar siquiera el término dron.

La denominación más formal es RPAS ('Sistemas Aéreos Pilotados de Forma Remota', por sus siglas en inglés), según nos explica Francisco Muñoz, director del Departamento de Programas Aeronáuticos del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA) dependiente del Ministerio de Defensa. “ No se trata de aeronaves no tripuladas, sino que la tripulación no está a bordo. Siempre hay alguien a cargo del vuelo, igual que en cualquier avión”, detalla.

Prototipo de Avión Ligero de Observación ALO, con un peso máximo al despegue de 55 kilogramos y una envergadura de 3,5 metros (Foto: Cristina Sánchez | INTA)

Prototipo de Avión Ligero de Observación ALO, con un peso máximo al despegue de 55 kilogramos y una envergadura de 3,5 metros

Además, en tema de drones, el tamaño importa. “En el caso de los pequeños, estamos hablando casi de juguetes, son sistemas más próximos al aeromodelismo que a los RPAS”, nos cuenta José Manuel Andújar, director del máster en Sistemas Aéreos Pilotados de Forma Remota que este año se ha puesto en marcha en la Universidad de Huelva. “Cuando ponen una cámara encima a un aeromodelo, ya dicen que es un dron”, subraya Francisco Muñoz.

ANATOMÍA DE LOS RPAS

En el INTA llevan más de 20 años trabajando en los vehículos aéreos no tripulados de mediano y gran tamaño, tanto con fines civiles como militares. Ya han desarrollado tres modelos: ALO, SIVA y MILANO, cada cual de mayor envergadura que el anterior. SIVA tiene un peso máximo de 300 kilogramos al despegue y una envergadura de ala de 6 metros. Para entendernos: es similar a un ultraligero.

El más grande, MILANO, se parece más a los primeros modelos Predator estadounidenses. Con sus 12 metros y medio de envergadura,  pesa más de una tonelada y será capaz de realizar vuelos más allá del horizonte a 230 kilómetros/hora. Ya ha superado las fases de diseño y construcción, pero aún falta que MILANO participe en las primeras pruebas de ensayo. 

Y si hay un piloto humano en tierra de forma permanente, ¿cómo se comunica con uno de estos gigantescos RPAS? No te imagines un TomTom de descomunales dimensiones: el sistema es bastante más complejo. ALO y SIVA transmiten su señal mediante radio, ya que vuelan a 100 o 200 kilómetros de su base. En el caso del MILANO, la curvatura de la tierra provoca que pierda la señal de radio y es necesario instalar un enlace satélite.

En ambos casos, se utiliza una estación de control y un 'data link', un enlace que une la aeronave con la tierra: el piloto tiene que ser capaz de controlar la aeronave como si estuviera alojado en su interior. “En esencia, no es muy diferente del funcionamiento de un avión con tripulación embarcada, pero tiene mucha más comunicación con tierra porque al piloto lo hemos sacado de la aeronave”, nos explica José Manuel Ándujar.

Sistema Táctico de Vigilancia (SIVA),.Con un peso máximo al despegue de 300 kilogramos,  es similar a un ultraligero (Foto: Cristina Sánchez | INTA)

Sistema Táctico de Vigilancia (SIVA).Con un peso máximo al despegue de 300 kilogramos, es similar a un ultraligero

Aunque se intenta que los sistemas de comunicación sean robustos, ya se han dado casos de ataques a RPAS. “Se puede lanzar un impulso electromagnético de mucha potencia y romper la comunicación. Por eso llevan muchos sistemas redundados y, en cualquier caso, un RPAS siempre tiene que ser capaz de volar por sus propios medios si se corta la comunicación”, explica Andújar.

Por si acaso, esta aeronaves no tripuladas saben perfectamente dónde está su hogar. “Si pierdes el control, si por cualquier problema grave la comunicación se pierde, el avión desarrolla por sí mismo una estrategia para volver a su base”, destaca Muñoz. Un RPAS sabe que su obligación es volver a casa, pero a diferencia de E.T., también sabe qué hacer para volver a ella. 

UN SISTEMA NERVIOSO QUE RESPONDE A LOS ESTÍMULOS 

Estos RPAS disponen de un cerebro, denominado control automático de vuelo, que les permite llegar a su destino, aunque tengan que estar vigilados por el piloto en tierra. Muchos aviones comerciales ya disponen de este piloto automático, aunque la mente de un RPAS es mucho más sofisticada.

Este control automático es nada más y nada menos que un ordenador embarcado. ALO, uno de los modelos de mediana envergadura del INTA, porta un ordenador bastante más pequeño que las CPUs que tenemos en casa. “ Son ordenadores muy simples, realizan pocas tareas, pero tienen que hacerlas muy bien”, nos explica Muñoz.

Ese pequeño cerebro está conectado con muchos otros elementos, como giroscopios para estabilizar el vuelo o sensores y actuadores repartidos por todo su sistema nervioso. Por ejemplo, un sensor puede informar al ordenador de la velocidad a la que está navegando, y este ordena al actuador reducir o aumentar la velocidad. Si el RPAS encuentra mucho viento de cara en su recorrido, es capaz de calcular si llegará con el combustible del que dispone a su destino, y en caso negativo, dará la vuelta para dirigirse de nuevo a su base. 

Sistema de comunicaciones y anatomía de MILANO, la aeronave más grande del INTA (Haz clic para ampliar)

Anatomía del Milano

MILANO, el RPAS más grande del INTA (Haz clic para ampliar)

LAS CÁMARAS QUE TE VIGILAN A 7.000 METROS DE ALTURA

Los RPAS desarrollados por el INTA, que se utilizan principalmente en el ámbito civil para labores de videovigilancia, llevan como carga útil cámaras, ubicadas en su panza. “Son plataformas capaces de girar y tienen dos cámaras, una que opera en el espectro visible y otra en el infrarrojo, es decir, que puede operar por la noche”, nos explica Francisco Muñoz. Estos ojos de búho les permiten realizar labores de vigilancia nocturnas, como el rescate de personas atrapadas en montañas o la extinción de incendios.

Estas cámaras también permiten que un RPAS se convierta en un vigilante de las costas y los mares. "Puede realizar un barrido automático con las cámaras, similar a un parabrisas, y si el operador de tierra cree que ha visto un naúfrago, detiene al RPAS para identificarlo y enviarlo al destino que desee”.

El MILANO, la gran aeronave que están desarrollando en el INTA, llega a volar a unos 7.000 metros de altura, por lo que ya incorpora un radar marítimo y un rádar de vigilancia de movimiento. Estos sistemas le permiten observar la tierra a través de las nubes.

Plataforma de las cámaras (infrarrojo y de espectro visible) de ALO (Foto: Cristina Sánchez | INTA)

Plataforma de las cámaras (infrarrojo y de espectro visible) de ALO

Ya sabemos que un RPAS puede solucionar muchos problemas a lo largo de su vida, pero no solo eso: también puede suicidarse de forma automatizada , programando su propia autodestrucción. “Sería posible, aunque colocar un explosivo a bordo conlleva sus riesgos”, defiende Muñoz.

Desde el INTA aún no han programado ninguno de esta forma, aunque sí han pensado en que el eventual fallecimiento de un RPAS sea lo menos dañino posible. “El control embarcado abrirá un paracaídas para dejar caer el dron”, nos cuenta el director de Programas Aeronaúticos del Instituto.  

MÁS RESISTENTES QUE LOS HUMANOS

Si los RPAS tienen que pilotarse necesariamente desde tierra, ¿qué ventajas tienen sobre los aviones? “Permite nuevos diseños de aeronaves:  al no necesitar refresco de tripulación, podrán volar no solo durante días, sino durante meses o años”, nos explica Andújar.

Este catedrático detalla que un RPAS es capaz de realizar unas maniobras que no podría ejecutar con un piloto en su interior. “El RPAS puede estar sometido a unas aceleraciones en las que un piloto se desmayaría".

MILANO es capaz de volar, según Francisco Muñoz, 20 horas seguidas. “Ningún humano puede pilotar una aeronave durante 20 horas seguidas, el cansancio hace que pierdas los reflejos, pero estas aeronaves pueden volar todo el tiempo que les permita su combustible”.

Precisamente por ello, los vehículos aéreos no tripulados fueron concebidos para realizar las tareas ' dull, dirty and dangerous', es decir, las que cualquier ser humano evitaría porque son aburridas, sucias o peligrosas. El desdichado operador tendrá que sufrir viéndolas desde su sistema de control en tierra, pero al menos su vida no correrá peligro: el único riesgo es perder la aeronave. Y esto permite que, por ejemplo, las labores de extinción de incendios no tengan que suspenderse por la noche. 

¿CUÁNDO DESPEGARÁN LOS RPAS DE LA T-4?

Aunque actualmente la regulación en España solo permite volar drones de más de 25 kilogramos en áreas reservadas (zonas con poca población o despobladas) y siempre con autorización previa, se espera que esto cambie con el tiempo. De hecho, según Muñoz, “ el gran desafío de los no tripulados es integrarlos con el resto de aeronaves civiles”.

Andújar, por su parte, cree que en 2015 o 2016 se comenzarán a ver RPAS en el espacio aéreo civil en EE.UU. Este profesor defiende que este cambio traerá consigo una modificación en el concepto de controlador aéreo: “El nuevo sistema de estos controladores no será por voz, sino digital, y se tendrá que llevar a cabo de una forma más automatizada”.

Detalle de la cámara de un UAV de pequeño tamaño (Foto: Cristina Sánchez | INTA)

Detalle de la cámara y la antena de un UAV de pequeño tamaño

¿UAVs con inteligencia artificial?

Y si estas aeronaves han desarrollado capacidades que exceden los límites humanos, ¿cuánto falta para que desarrollen inteligencia? Francisco Muñoz nos explica que los RPAS son en realidad un subconjunto de los conocidos como UAV ('Unmanned aerial vehicle' o vehículo aéreo no tripulado), aunque sigue evitando el término dron. “Se podrían desarrollar UAV con inteligencia artificial o robótica que tendrían capacidad para desarrollar su propia estrategia de vuelo", pero ahora mismo son "puramente experimentales".

José María Cañas, profesor del área de Ingeniería Telemática de la Universidad Rey Juan Carlos, nos cuenta que uno de los retos actuales es que la autonomía de estos robots llegue a ser total. Desde el Grupo de Robótica 'JdeRobot' de la URJC están investigando cómo mejorar los algoritmos que proporcionan inteligencia artificial a estos robots. “Hasta ahora lo que hemos conseguido son técnicas de control visual: indicamos al dron qué objeto tiene que seguir”, señala. Ya han logrado que sus robots aéreos sigan a una pelota de un determinado color o a una cartulina, pero su objetivo es que sean capaces de seguir los movimientos de un humano.

Aún habrá que esperar hasta que un dron reciba la Medalla de Oro al Mérito Policial por su seguimiento de peligrosos delincuentes. “Por el momento, son todo pruebas de concepto que allanan el camino para aplicaciones futuras”, sostiene Cañas. Junto a su grupo de investigación, también está utilizando un simulador para probar la inteligencia de estos cuadricópteros antes de llevarlos al terreno real.

Para algunos, que un robot aéreo sea capaz de tomar decisiones por sí mismo y que la inteligencia artificial sobrevuele nuestras ciudades es un deseable escenario de futuro. Otros seguirán pensando que un piloto humano debe controlar siempre a estas aeronaves: no se puede comparar el uso de los drones pequeños para organizar peleas (así de simples somos los humanos) con el peligro de que un Predator tome sus propias decisiones. Tiempo al tiempo. 

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Las imágenes de este artículo son propiedad, por orden de aparición, de  Times Asi, INTA y Cristina Sánchez

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