F-SAM: un dron flexible que se puede enrollar como un tubo
Resulta que para crear un robot volador no hace falta mucho equipo. Los robots voladores suelen tener un diseño muy complejo y muchos componentes, como dos alas completas o cuatro motores independientes.
Es posible que este tipo de dispositivos se creen para personas con grandes presupuestos, pero para cualquiera que intente ajustarse a un presupuesto razonable, lo único que realmente se necesita para construir un robot volador es un único perfil aerodinámico y una hélice de paso fijo acoplada. Y si haces que ese perfil aerodinámico sea flexible, incluso puedes plegarlo por completo en una especie de rollo volador robótico multiusos.
Este tipo de vehículo aéreo no tripulado se llama monocóptero, y su diseño se basa en general en las semillas de sámara, que son cápsulas de semillas individuales con un «ala». La capacidad de girar de forma estable ralentiza la caída de las semillas al suelo, lo que les permite dispersarse a muchos kilómetros. Es una estructura intrínsecamente estable que gira por sí sola de manera ordenada y predecible, lo que es una buena cualidad para un dron: si algo falla en el equipo, simplemente desciende girando suavemente para aterrizar por defecto.
La Universidad de Tecnología y Diseño de Singapur creó un monocóptero llamado F-SAM, que significa monocóptero plegable de un solo accionamiento. En lo técnico puede que no haya mucho, pero precisamente ahí está parte del encanto del diseño del dispositivo. Un solo accionamiento proporciona control total de la dirección: el acelerador aumenta las revoluciones del dispositivo, haciendo que gane altura.
Controlar un monocóptero puede parecer complicado, ya que requiere impulsos repetidos del motor en un punto durante la rotación del dispositivo. El F-SAM funciona en un entorno de captura de movimiento de vídeo para explorar su potencial de autonomía precisa, pero no se limita a este entorno y no necesita control externo para manejarse.
Aunque el panel de control del F-SAM se ha diseñado a medida y el ala requiere algo de mecanizado, el resto de piezas son baratas y se venden por separado. El peso total del F-SAM es de solo 69 g, de los cuales casi el 40 % corresponde a la batería, lo que proporciona un tiempo de vuelo de unos 16 minutos.
La publicación IEEE Spectrum habló con los creadores del monocóptero y les hizo varias preguntas. Los científicos investigaron distintos materiales y combinaciones de materiales para la estructura flexible del ala. El editor preguntó por qué se decidieron por una mezcla de madera de balsa y plástico.
«El diseño del ala de un monocóptero necesita rigidez para poder controlarlo en vuelo. Aunque el monocóptero puede volar con materiales más flexibles que probamos, como plástico flexible o polímero flexible, estos permiten que el ala gire libremente en vuelo, lo que reduce la eficacia del control cíclico del motor. La balsa laminada con plástico ofrece suficiente rigidez para un control eficaz y, además, permite plegarse»
Según los investigadores, el F-SAM puede volar al aire libre. Es pasivamente estable, por lo que no necesita control con retroalimentación para volar. El entorno de captura de movimiento proporciona su posición absoluta para vuelos en estación y puntos de referencia en interiores. En vuelos al aire libre, una brújula electrónica proporciona el rumbo relativo para el control cíclico principal. El equipo de científicos trabaja en un prototipo con GPS integrado para vuelos autónomos al aire libre.
«Se puede añadir una cámara (lo hemos hecho antes), pero debido a su naturaleza giratoria, las imágenes pueden salir borrosas. Las cámaras de 360 grados son cada vez más ligeras y pequeñas, y podríamos probar a montar una en el F-SAM u otros monocópteros que tenemos. Otros sensores posibles son el LiDAR o el sensor ToF. Con LiDAR, la plataforma tiene una ventaja, ya que ya gira a una velocidad conocida. Un sistema LiDAR convencional necesita un accionamiento especial para generar el movimiento de rotación. Como plataforma giratoria, el F-SAM ya tiene una dinámica de rotación natural, lo que hace que la integración del LiDAR sea sencilla y más eficiente»
Hoy en día, el F-SAM se puede plegar en una forma compacta y guardarlo dentro de un contenedor. Sin embargo, sigue siendo necesario que una persona lo despliegue y lo lance a mano o lo deje en el suelo para que despegue. En el futuro, los científicos prevén que el F-SAM se coloque en un contenedor con un mecanismo (por ejemplo, gas comprimido) para catapultar el bloque plegado al aire, de modo que pueda empezar a desplegarse de inmediato gracias a los materiales elásticos utilizados. El motor puede iniciar la rotación, lo que permite que el ala se enderece por efecto de las fuerzas centrífugas.
Los científicos consideran que el F-SAM puede ser un buen juguete, pero no una buena alternativa a los cuadricópteros si el objetivo es la fotografía o la videografía aérea habituales. Sin embargo, puede ser un buen competidor para misiones de reconocimiento desechables guiadas por GPS. Como el vuelo solo utiliza un accionamiento, se puede fabricar a un coste relativamente bajo.
Además, es muy silencioso en vuelo y se camufla fácilmente después de aterrizar. En la plataforma se pueden integrar sensores ligeros para distintas tareas, por ejemplo, para la monitorización del clima. Varios dispositivos F-SAM pueden desplegarse desde el aire, ya que son capaces de girar automáticamente al descender y también de volar en determinados periodos para recopilar datos meteorológicos ampliados en el aire.
«Tenemos varios proyectos interesantes, la mayoría centrados en el tema «Haz más con menos». Esto significa que nuestros proyectos buscan realizar varias tareas y modos de vuelo utilizando la menor cantidad posible de accionamientos. Como el F-SAM, que usa un solo accionamiento para un vuelo controlado, trabajamos en otro proyecto: una versión completamente autorrotatoria llamada Samara Autorotating Wing (SAW)»
Según él, esta plataforma puede funcionar en dos modos de vuelo con un solo accionamiento. Es ideal para desplegar sensores desechables en lugares remotos. Por ejemplo, la plataforma puede usarse para desplegar sensores de vigilancia forestal o un sistema de alerta de incendios forestales.
Los sensores pueden posarse sobre las copas de los árboles, y una vez en tierra, el ala proporciona la superficie necesaria para captar energía solar y funcionar de forma continua durante varios años. Otro escenario interesante es usar la plataforma de autorrotación para dirigir los radiosondas de vuelta al punto de recogida después de completar su ascenso.
El investigador explicó que actualmente muchos radiosondas se lanzan con globos de hidrógeno desde estaciones meteorológicas de todo el mundo (más de 20 000 al año solo en Australia), y cuando el globo alcanza gran altitud y explota, los sensores caen de vuelta al suelo. Al dirigirlos de vuelta al punto de recogida, se podrían ahorrar millones de dólares al año, además de ayudar a proteger el medio ambiente al reducir la contaminación.
