Los pequeños vehículos aéreos no tripulados podrían llegar a hacer una gran contribución en las operaciones de búsqueda y rescate asociadas desastres como terremotos y tsunamis. Cualquiera puede imaginarse a un dron evaluando edificios, entrando por las grietas de las paredes y volando a través de espacios colapsados para encontrar personas atrapadas.

Pero para que estos vehículos puedan asumir dichas tareas, primero necesitan aprender a volar de forma autónoma por estrechos huecos a gran velocidad y con una amplia variedad de aceleraciones angulares, para poder girar y retorcerse en pleno vuelo y atravesar el espacio disponible.

Del dicho al hecho hay un trecho. Y de momento ningún dron ha sido capaz de lograrlo sin necesitar una enorme potencia computacional externa (ver Un dron temerario y ágil que no necesita piloto).

Hoy eso cambia gracias al trabajo del investigador de la Universidad de Zurich (Suiza) Davide Falanga y sus compañeros. El equipo ha desarrollado un dron autónomo que puede volar rápidamente a través de estrechos huecos, y para ello no necesita mucho más que los datos de una cámara orientada hacia delante y un ingenioso procesamiento de a bordo.

El equipo construyó un hueco rectangular con un grueso borde negro para asegurarse de que el dron lo pudiera percibir. Entonces, suspendieron este rectángulo en mitad de una habitación y ordenaron al dron que lo atravesase por sus propios medios.

El aparato está equipado con una cámara orientada hacia delante con objetivo de ojo de pez, que utiliza para percibir el hueco. Para simplificar la tarea, el dron conoce el tamaño del rectángulo y sólo necesita calcular la trayectoria requerida.

Pero incluso con esa ventaja, el avance es todo un reto. El procesador de a bordo realiza el cálculo de trayectoria en dos fases. Primero calcula cómo el dron debería volar a través del hueco y el giro particular que tendrá que realizar para atravesarlo. Esto lo consigue al maximizar su distancia en relación a los bordes del rectángulo para evitar una colisión.

Habiendo decidido esta trayectoria transversal, el procesador de a bordo calcula una aproximación que lleve al dron hasta el punto desde el que pueda iniciar la trayectoria transversal.

La trayectoria de aproximación tiene algunas limitaciones adicionales. Por ejemplo, la trayectoria debe mantener el rectángulo dentro del campo de visión de la cámara en todo momento. El dron tiene que ver el hueco para poder determinar su ubicación.

Y el procesador ha de recalcular continuamente la trayectoria al tiempo que se asegura de que cualquier ajuste requerido esté incluido en las capacidades aerodinámicas del dron. El procesador es capaz de diseñar y probar 40.000 trayectorias por segundo.

La trayectoria se calcula en dos partes porque el dron no puede ver el rectángulo durante el recorrido. Así que ha de realizar esta maniobra a ciegas, algo que es posible porque esta parte del vuelo es tan corta. "La trayectoria generada minimiza el riesgo de colisión y, debido a su corta duración, no requiere información visual, que no están disponibles durante el recorrido", escribe el equipo de Falanga.

Después de atravesar el hueco, la aeronave debe recuperar su altitud y sobrevolar en un sitio fijo. Para ello, está equipada con un sensor de distancia y una cámara orientada hacia abajo que solo se usa para esto.

El equipo probó este enfoque con un cuadrirrotor de 55x12 centímetros y un peso de 830 gramos. El aparato está adaptado para que los motores presenten una inclinación de 15º. Esto proporciona un control tres veces mayor sobre la trayectoria, y solo reduce un 3% la propulsión colectiva.

El hueco rectangular medía 80x28 centímetros, y el equipo logró atravesarlo en 35 misiones a velocidades de hasta tres metros por segundo, lo que requiere un ángulo de giro de hasta 35º y un ángulo de inclinación de hasta 30º.

Los impresionantes resultados pueden verse aquí. El equipo considera que un vuelo ha sido exitoso si el cuadricóptero atraviesa el hueco sin colisionar y después adopta un sobrevuelo fijo. La investigación afirma: "Logramos una destacable tasa de éxito del 80%. Por lo que sabemos, este es el primer trabajo en abordar y informar con éxito de vuelos dinámicos a través de estrechos huecos".

Ref: arxiv.org/abs/1612.00291: Aggressive Quadrotor Flight through Narrow Gaps with Onboard Sensing and Computing