Los drones ya no solo vuelan: ahora cambian de forma

Desde la inspección de estructuras civiles hasta la participación en tareas de rescate, los drones enfrentan entornos cada vez más complejos. Estos vehículos aéreos no tripulados ya no solo deben volar, sino que también necesitan adaptarse para cumplir tareas en espacios de difícil acceso. Con el objetivo de atravesar áreas reducidas o esquivar obstáculos, en la última década se han desarrollado drones plegables, que permiten modificar su forma durante el vuelo. Sin embargo, esa capacidad también plantea un desafío: mantener la estabilidad mientras cambia su estructura.

En un artículo publicado en Mathematics of Control, Signals, and Systems, Juan Ignacio Giribet, director del Doctorado en Ciencias Aplicadas y profesor del Departamento de Ingeniería de la Universidad de San Andrés, junto a Leonardo J. Colombo, investigador del Centro de Automática y Robótica (CSIC-UPM), y David Martín De Diego, del Instituto de Ciencias Matemáticas (CSIC) en España, estudian cómo aprovechar el cambio de forma de un dron para mejorar su capacidad de control. Con este fin, desarrollan un método para simular la maniobrabilidad de un dron plegable. En lugar de calcular los movimientos del aparato, el enfoque parte de los principios físicos que describen ese movimiento. “La respuesta de plegar el dron es consecuencia de encontrar cuál es la estrategia óptima para controlar el vehículo”, explica Giribet. Los autores detectan las variaciones en el momento de inercia del dron. En otras palabras, al modificar la posición de sus hélices, el vehículo puede aumentar su velocidad. Esto no sucede porque tiene más fuerza, sino que corresponde a un cambio en la geometría del objeto. Giribet, Colombo y De Diego buscan aprovechar esa alteración para tener una capacidad de control óptima sobre el vehículo.

Los drones plegables se controlan tanto de manera externa como de forma interna. Por un lado, existen fuerzas externas que actúan sobre el sistema, como por ejemplo el empuje de las hélices o las condiciones climáticas a las que se enfrentan. Ahora bien, los vehículos también son controlados por algoritmos que modifican la distribución de masa y la geometría del sistema. Estos algoritmos obtienen información del dron a través de sensores que brindan información respecto a la orientación o ubicación del artefacto. A partir de las ecuaciones mecánicas que se esconden detrás de estos algoritmos, los autores buscan diseñar una regla para encontrar la forma más eficiente de controlar el vehículo a partir del cambio de geometría. Una transformación exagerada de la configuración del vehículo podría implicar, por ejemplo, un exceso de consumo de energía. En este sentido, los investigadores buscan minimizar la energía que el dron necesita para ser controlado. Para hacer esto, es necesario repensar las lógicas del diseño del control para que el dispositivo actúe de la manera más eficiente posible.

El estudio, que se enfoca en drones plegables, responde, ulteriormente, a un problema geométrico. “El dron es solo una excusa para estudiar problemas de mecánica geométrica”, agrega el investigador de UdeSA. Los autores reflexionan sobre cómo los métodos desarrollados podrían utilizarse en otros robots capaces de modificar su estructura. A nivel general de la disciplina, la investigación contempla cómo la matemática resulta útil para resolver problemas de aplicaciones y a su vez, cómo las aplicaciones son valiosas para estudiar problemas de matemática.