Este dron puede volar, flotar y rodar para desplazarse

Este artículo es parte de nuestra serie exclusiva IEEE Journal Watch en asociación con IEEE Xplore.

En lugar de un robot autónomo para volar, otro para conducir en tierra y uno más para navegar en el agua, un nuevo dron híbrido puede hacer las tres cosas. Para llevar a cabo misiones complejas, los científicos experimentan cada vez más con drones que pueden hacer algo más que volar.

La idea de un dron capaz de navegar por tierra, aire y mar surgió cuando investigadores del Centro Árabe de Ciencias del Clima y el Medio Ambiente (ACCESS) de Abu Dhabi, de la Universidad de Nueva York, señalaron que les gustaría un dron "capaz de volar a lugares potencialmente remotos y tomar muestras". cuerpos de agua”, dice el autor principal del estudio, Dimitrios Chaikalis, candidato a doctorado en la Universidad de Nueva York en Abu Dhabi.

La investigación ambiental a menudo “se basa en recolecciones de muestras de áreas de difícil acceso”, dice Chaikalis. "Los vehículos voladores pueden navegar fácilmente a esas áreas, mientras que ser capaces de aterrizar en el agua y navegar en la superficie permite tomar muestras durante largas horas con un consumo mínimo de energía antes de volar de regreso a su base".

El nuevo vehículo autónomo es un tricóptero con tres pares de rotores para volar, tres ruedas para desplazarse por tierra y dos propulsores para ayudarle a moverse sobre el agua. Las ruedas de goma se imprimieron en 3D directamente alrededor del cuerpo del marco de la rueda principal, eliminando la necesidad de tornillos metálicos y rodamientos de bolas, que correrían el riesgo de oxidarse después de la exposición al agua. Toda la máquina pesa menos de 10 kilogramos, para cumplir con la normativa sobre drones.

Se colocó un cuerpo flotante de poliestireno cortado a máquina entre la parte superior de la máquina, que sostiene los rotores, y su parte inferior, que sostiene las ruedas y los propulsores. Este dispositivo de flotación servía como casco de la máquina en el agua y tenía forma de trébol para dejar espacio para el flujo de aire de los rotores.

"El vehículo resultante es capaz de atravesar todos los medios disponibles (aire, agua, tierra), lo que significa que eventualmente se pueden implementar vehículos autónomos capaces de superar dificultades y obstáculos cada vez mayores", dice Chaikalis.

El dron posee dos sistemas de piloto automático PX4 de código abierto: uno para el aire y el otro para navegar tanto por tierra como por agua. "La navegación aérea difiere mucho de la navegación terrestre o acuática, que en realidad tienen muchas similitudes entre sí", dice Chaikalis. "Así que diseñamos la navegación terrestre y en la superficie del agua para que funcionen con el mismo piloto automático, cambiando solo la potencia del motor para cada caso".

Una computadora Intel NUC sirvió como módulo de comando. La computadora puede cambiar entre los dos pilotos automáticos según sea necesario, así como interactuar con un transceptor de radio y un GPS. Todos estos componentes electrónicos estaban asegurados dentro de una carcasa de plástico impermeable.

"Por supuesto, también hay que conseguir motores impermeables para las ruedas de los vehículos terrestres, ya que quedarán completamente sumergidas cuando estén en el agua", dice Chaikalis. "Estos motores resultaron difíciles de interconectar con unidades de piloto automático comerciales, por lo que terminamos diseñando también hardware y firmware personalizados para interconectar dichas comunicaciones".

El dron puede operar bajo control por radio o de forma autónoma en misiones preprogramadas. Sus baterías de polímero de litio le otorgan un tiempo de vuelo de 18 minutos.

En los experimentos, el casco de poliestireno absorbió agua mientras flotaba, aumentando su peso en un 20 por ciento en 30 minutos. La espuma de poliestireno liberó esta agua durante el vuelo, aunque lentamente, con una pérdida de peso del 20 por ciento después de 100 minutos. Los científicos señalan que esta variación significativa en el peso debe tenerse en cuenta en el diseño del piloto automático, o podrían agregar un revestimiento resistente al agua, aunque eso aumentaría permanentemente el peso total.

Además, "aunque es resistente al agua contra salpicaduras y ligeras inmersiones, todavía no es un diseño completamente sumergible, lo que significa que una falla del dispositivo de flotación podría ser potencialmente catastrófico", dice Chaikalis.

En el futuro, los investigadores señalan que podrían optimizar el casco para hacerlo lo suficientemente fuerte como para soportar maniobras complejas y minimizar la resistencia del aire durante el vuelo. También les gustaría hacer que el dron sea completamente modular para que puedan cambiar fácilmente sus capacidades al conectarle o quitarle módulos.

"Imaginamos ser capaces, por ejemplo, de seleccionar dejar atrás el mecanismo de tierra si es necesario para ahorrar energía, y luego regresar a él más tarde para aterrizar", dice Chaikalis. “O permitir que el módulo acuático navegue sobre el agua, mientras el [vehículo aéreo no tripulado] regresa a una base cercana para recargarlo y recogerlo nuevamente más tarde”.

Está pendiente una solicitud de patente para el nuevo dron. Los científicos detallaron sus hallazgos el 9 de junio en la Conferencia Internacional sobre Sistemas de Aeronaves No Tripuladas de 2023 en Varsovia.