Sistema autónomo de drones probado para mapeo sin GPS

Los estudiantes regresaron a la NASA con un plan para una flota de aviones teledirigidos que puedan volar de forma autónoma a través de un bosque, comunicarse entre sí y coser un mapa en 3D del medio ambiente, todo ello sin chocar con árboles ni usar GPS.

Los cuadricópteros utilizados en el experimento cuentan con detectores de alcance láser a bordo para posicionar y planificar sus rutas mientras pilotean por sí mismos. Utilizan una técnica llamada localización y mapeo simultáneos (SLAM) para posicionar los drones en el espacio y escanear el entorno al mismo tiempo. Los algoritmos guían a los aviones no tripulados para que se cartografíen de manera eficiente y eviten volver a cartografiar el terreno ya cubierto. Los datos capturados se envían vía WiFi a la estación base de los investigadores, donde todos los mapas de los drones están cosidos en uno.

"Estamos usando una cámara RGB y un detector de objetos listo para usar que ejecuta una red neuronal internamente para recoger objetos en un marco de imagen", dice Yulun Tian, un estudiante graduado del Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT. Uno de los objetivos inmediatos del estudiante es entrenar el sistema aéreo para detectar a los excursionistas desaparecidos y enviar sus coordenadas a la estación en tierra, aunque en el momento de su experimento esa parte de la investigación aún no se ha realizado.

John M. Russo, agrimensor y presidente del Instituto de Documentación de Edificios de EE.UU., dice que el cruce para la construcción podría ser grande, como automatizar los estudios de espacio en el plenum u obtener escaneos láser 3D del progreso diario de la construcción con sólo pulsar un botón.

"Ese es el gran problema dentro de un edificio, no hay GPS", dice Russo. "Podrías desplegar drones para mapear rápidamente un edificio, y si estás haciendo imágenes fotográficas podrías usar esos datos para las caminatas previas a la licitación."

Tian está de acuerdo con Russo en que el cruce con la construcción puede ser un uso más práctico de la tecnología en esta etapa.

Uno de los retos a los que se enfrentó su equipo al volar sin GPS fue el de distinguir una ubicación de la otra. "Los árboles pueden parecerse bastante", dice Tian. "Pero un montón de árboles se convertirán en una firma única. Usamos LiDAR a bordo para identificar los árboles y calcular la configuración de los árboles y usamos eso como una firma única del lugar".

Y aunque el WiFi se usaba para comunicarse entre los drones y la estación base, puede que no esté disponible ni en un bosque remoto ni en un lugar de trabajo; pero Tian también tiene una idea para eso. "En lugar de WiFi, podríamos añadir un transmisor a los vehículos. Tan pronto como los vehículos estén lo suficientemente cerca como para detectarse unos a otros, establecerán un enlace de comunicación y colaborarán", dice Tian. Toda la navegación y localización se haría a bordo, por lo que no serían necesarias otras comunicaciones hasta que los drones regresaran a la base.

Pero incluso si el equipo tiene una solución al problema del GPS, hay otros obstáculos que aún hay que superar, y la duración de la batería es muy grande. "El tiempo de vuelo en nuestra demostración fue de dos a tres minutos", dice Tian. Añade que el tiempo de vuelo puede llegar hasta los 10 minutos, pero eso es todo, dado el peso del escáner láser a bordo.

Russo dice que sabe que hay obstáculos que superar, pero que ve muchas promesas en la investigación del MIT. "Podrías enviar drones todos los días o semanas y mapear los cambios en el sitio, generando informes en 3D que podrían ser usados para la detección de choques o en el pago de submarinos en base a un porcentaje de finalización", dice Russo. "Si son capaces de detectar obstrucciones y no toparse con cosas, se pueden levantar nuevos miembros de acero sin preocuparse de que los drones se topen con ellos." La tecnología podría incluso utilizarse para proteger al contratista general en las controversias, ya que el progreso se documentaría en un escáner láser y se marcaría la hora.

Russo dice que todo esto podría hacerse ahora con un avión teledirigido, pero la labor de pasar por un edificio y escanear y hacer imágenes térmicas está por encima de la mayoría de los presupuestos. "Si pudieras automatizar estas cosas con drones autónomos, es asequible y obtienes esta información rápidamente y podrías hacer cosas que actualmente tienen un costo prohibitivo".