Diseño de un sistema de tráfico digital para drones comerciales

commercial drones

Los científicos de la NASA y los líderes de la industria tecnológica están creando un sistema de tráfico automatizado para drones, orientado a equilibrar la eficiencia y seguridad en los vuelos.

Antes de 2020, los cielos a baja altitud podrían volverse extremadamente peligrosos.
En esa fecha es que se estima que 2,6 millones de drones comerciales estarán en el aire, sin mencionar los varios millones de robots voladores adicionales operados y de propiedad de los consumidores.

“Cuando digo que cada hogar tendrá un drone, muchas personas no lo creen, pero yo sí”, señaló Parimal Kopardekar, investigador principal en NASA para la gestión de tráfico de sistemas aéreos no tripulados.

PK, como lo llaman amigos y colegas, lo dice muy en serio. Tanto así como para crear un sistema de gestión de tráfico (UTM) para sistemas de naves aéreas no tripuladas (UAS) para evitar colisiones catastróficas provocadas por el tráfico de drones descontrolados, en particular si las regulaciones permiten que los drones vuelen más allá de la línea de visión (mire estas Talks at Google [Charlas en Google] sobre cómo hacer los cielos más seguros).

“Lo que tenemos hoy en día lo llamo ‘gestión de tráfico ocular’”, mencionó. “Una vez que las regulaciones permitan que los drones vuelen más allá de la línea de visión, necesitaremos rastrearlos electrónicamente”.

lanzamiento del drone
Un participante lanza un drone de alas fijas en una demostración TCL2 en el Aeropuerto de Reno-Stead. Créditos: NASA Ames/Dominic Hart.

El potencial de los drones comerciales está creciendo a medida que las empresas encuentran formas de usarlos en entregas, inspección de infraestructuras, ciencia y misiones de búsqueda y rescate. Kopardekar quiere adelantarse a los hechos y crear un sistema de tráfico aéreo que ayudará a florecer la incipiente economía de drones.

“La tecnología de drones está madurando rápidamente”, señaló Kopardekar.
“No podemos esperar hasta que los 2,6 millones de drones comerciales estén volando para desarrollar una gestión de tráfico aéreo”.

Él recuerda que no fue sino hasta que dos naves chocaron sobre el Gran Cañón que el gobierno y la industria presentaron un sistema de gestión de tráfico aéreo en 1958.

“Necesitamos aplicar esto antes de tiempo para que podamos equilibrar la eficiencia y la seguridad, y permitir alcanzar el valor económico para las operaciones de drones en el espacio aéreo de baja altitud", agregó.

Kopardekar y sus colegas en la NASA comenzaron a construir un sistema de tráfico para drones en 2015. Con la potencia de la computación en nube, la inteligencia artificial y la automatización de software, utiliza las interfaces de programación de aplicaciones (API, por sus siglas en inglés) para que otros servicios puedan conectarse al sistema de tráfico.

“Necesitamos un sistema confiable y rentable que garantice la seguridad sin presionar a los operadores como lo hace el sistema de aviación principal actual, donde todos tienen que seguir conversando con el controlador de tráfico aéreo”, mencionó Kopardekar.

Por ejemplo, Delta Airlines envía los planes de vuelo a una torre de control, donde un mediador humano identifica y separa cualquier conflicto y, posteriormente, dicta la ruta de vuelo final.

“Queremos reducir ese cuello de botella dándoles a los operadores acceso a restricciones de vuelo, las ubicaciones de otros aviadores cercanos, y dejar que los operadores decidan dónde y cuándo vuelan”, agregó.

Un sistema de tráfico flexible y escalable permitirá que millones de operadores de drones lo usen simultáneamente de forma segura y confiable.

Nos basamos en el pasado

Kopardekar encuentra ciertas similitudes con la vida en la década de 1930, cuando varios modos de transporte hicieron necesario equilibrar la eficiencia y la seguridad pública.

“En las intersecciones había caballos y carros, tranvías, autos y personas caminando, y se generaba un caos”, explicó. “Ese fue el momento en que los carriles, las señales de detención y todos esos elementos aparecieron para mantener la eficiencia mientras se garantizaba la seguridad de cada uno de los modos de transporte”.

Centro de Investigación Ames
Parimal Kopardekar de la NASA (más a la derecha) analiza los sistemas de control de tráfico aéreo en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California. Créditos: NASA/Dominic Hart.

Kopardekar ha liderado la investigación relacionada con la gestión de tráfico aéreo desde 1993. De acuerdo con la Asociación de Dueños y Pilotos de Aeronaves, ningún otro científico tiene un rol más crítico para darle forma al espacio aéreo integrado del futuro.

Si llegase a realizarse su investigación de UMT, los operadores de drones comerciales simplemente se conectarán a un sistema de comunicaciones en red que determinaría cuándo y cómo puede volar un drone de forma segura y eficiente hasta su destino. Sería completamente automatizado, así como el Departamento de Transporte de EE. UU. está abordando los automóviles de conducción automática.

“Si quieres operar en el espacio aéreo, debes clasificar la trayectoria o cualquier otra operación de vuelo, y después la envías al sistema para comprobar si alguien más no la está usando”, explicó.

Tráfico y otros servicios

El equipo de la NASA de Kopardekar, gracias a su trabajo con la Administración Federal de Aviación (FAA, por sus siglas en inglés) y una variedad de líderes de la industria, seguirá su investigación y desarrollo hasta 2019. Posteriormente, la FAA trabajará con innovadores en tecnología de drones para completar e implementar un sistema de tráfico antes de 2025.

El sistema de intercambio de datos compartirá solo la información necesaria de forma inalámbrica entre los operadores y la FAA. Las tecnologías y los servicios que ofrecen planificación, programación, seguimiento y detección podrían provenir de una amplia variedad de líderes de la industria.

“Podrían aparecer proveedores para ayudar a que los operadores de drones comerciales planifiquen vuelos y aseguren el acceso al espacio aéreo de manera confiable”, señaló Kopardekar. “El seguimiento lo puede ofrecer una variedad de proveedores de tecnología o servicios, como Verizon o Intel. Varios operadores y proveedores pueden interactuar entre sí en un sistema”.

El trabajo de la NASA es inspirar la colaboración entre industrias y universidades.

El dron listo para volar Intel Aero simula la operación automatizada de búsqueda y rescate en Virginia Tech como parte de los ensayos de UTM de la NASA. Foto cortesía de la Mid-Atlantic Aviation Partnership (MAAP) de Virginia Tech.

A principios de junio, Project Wing de Alphabet, Intel y Virginia Tech realizaron una variedad de ejercicios para probar el sistema de tráfico de entrega por drone creado por el equipo de Project Wing.

“Dentro de algunos años, Wing y otras empresas tendrán posiblemente flotas de miles de UAS en el aire al mismo tiempo, por lo que necesitamos sistemas que puedan dirigir dinámicamente a los UAS no solo alrededor uno del otro, sino alrededor de aeronaves tripuladas, edificios, terrenos, patrones climáticos y eventos especiales”, explicó James Ryan Burgess, líder conjunto de Project Wing, en una publicación de blog.

El equipo de Ryan probó su plataforma de UTM en un sitio de la FAA controlado por la Mid-Atlantic Aviation Partnership (MAAP) de Virginia Tech. Tres aeronaves de Wing, pilotadas por un solo operador de Wing, realizaron misiones de recogida y entrega de paquetes en la misma área donde Intel se encontraba pilotando dos drones listos para volar Intel Aero y donde MAPP voló un DJI Inspire en una misión automatizada de búsqueda y rescate.

“De manera histórica, los operadores han tenido que maniobrar sus aeronaves lejos de obstáculos de forma manual; pero nosotros demostramos que nuestra plataforma de UTM puede gestionar automáticamente las rutas de vuelo de todos los diferentes tipos de UAS, mediante la planificación de rutas nuevas y claras para cada aeronave, cuando emerjan conflictos, en caso de haberlos”, explicó Ryan.

Título: Yun Wei, Dale J. March y Karim Tadros de Intel trabajan en los drones listos para volar Intel Aero en Virginia Tech durante los ensayos de UTM de la NASA. Foto cortesía de la Mid-Atlantic Aviation Partnership (MAAP) de Virginia Tech.

El equipo de Nanduri utilizó drones listos para volar Intel Aero, un sistema de desarrollo de drones comerciales con comunicaciones LTE integradas, detección de profundidad y tecnologías de visión. Se realizaron escenarios que un operador de UAS podría enfrentar cuando se vuelva común que los drones comerciales vuelen más allá de la línea de visión. Se probaron tecnologías que permiten el monitoreo de cumplimiento de la ruta de vuelo, los ajustes dinámicos a los planes de operación del drone y la gestión de contingencia, lo que requiere una comunicación coordinada entre el UAS y el sistema de gestión de tráfico, tanto para la planificación del vuelo como para el monitoreo del vuelo en tiempo real.

“El resultado de estos ensayos de UTM pavimentará el camino para la estandarización de cómo los drones se comunican entre sí y con otros sistemas aéreos no tripulados”, escribió Nanduri en una editorial después de las pruebas de junio.

Los usos comerciales para drones están proliferando. El equipo de Nanduri demostró recientemente cómo los drones autónomos pueden realizar inspecciones de puentes con una nueva aplicación denominada Intel Mission Control (Control de misión de Intel) que se ejecuta en un drone comercial con sistema Intel Falcon 8+. El software permite que el drone cree una ruta de vuelo optimizada para capturar imágenes del puente. Puede simplificar y automatizar la inspección de un puente, que, de lo contrario, requeriría un hábil piloto para que vuele el drone y capture los distintos ángulos de la estructura, y repetirlo posteriormente para comparar e identificar cualquier nueva fisura o punto débil del puente.

“Los métodos convencionales de inspección o sondeo de sitios pueden generar horas de tiempo de inactividad, pérdida de ganancias, trabajo retrasado e incluso, algunas veces, un riesgo aumentado de lesiones cuando los inspectores o investigadores necesitan acceso a lugares inusuales o difíciles de llegar", señaló Anil Nanduri, vicepresidente y gerente general de sistemas de aviación no tripulados en Intel.

“Desplegar un drone para capturar datos aéreos para el mismo propósito puede llegar a ser más seguro, rápido y eficaz. Gracias a la automatización, la tecnología de drones es fácil de usar, es confiable y puede ofrecer un alto retorno de la inversión (ROI, por sus siglas en inglés) para las empresas que utilizan drones”.

Sistemas de seguimiento confiables

Un sistema de tráfico que intercambia información de tráfico aéreo, del clima y de otro tipo de manera segura requiere una cantidad suficiente de ancho de banda de comunicación inalámbrica.

“Los drones son máquinas voladoras que capturan, procesan y transmiten datos, que cada vez más dependerán de conexiones de red inalámbricas sólidas y de baja latencia”, mencionó Nanduri.

Los líderes de la industria exploran cómo la llegada de las tecnologías de red inalámbrica 5G beneficiarán a los operadores de drones comerciales, agregó.

tráfico de drones
El tráfico de drones podría aumentar significativamente antes de 2020, lo que crearía la necesidad de sistemas de control de tráfico aéreo en altitudes más bajas.

Por ahora, Kopardekar aprovecha las tecnologías existentes que les permiten a los pilotos de drones comerciales programar y planificar áreas de operación, y luego difundir las coordenadas para que otros puedan evitar o ajustar sus rutas de vuelo.

“El seguimiento se puede hacer con el teléfono celular, por radio o con sistemas basados en satélites o balizas", mencionó. “Nuestra meta no es elegir las tecnologías, sino decir que este es el rendimiento que se necesita".

Los teléfonos celulares pueden alcanzar aproximadamente a un 95 % de la población del mundo, pero el servicio solo abarca un 55 % de la masa de tierra. Donde la conectividad celular no esté disponible, la comunicación basada en satélite es la opción, mencionó Kopardekar.

Los drones obtienen mejores sentidos

Actualmente, los drones no pueden volar más allá de la visión de sus operadores, a menos que los pilotos obtengan permisos especiales de la FAA. Muchos creen que las regulaciones pronto les permitirán a los drones comerciales volar más allá de la línea de visión del piloto. Algunos pilotos pueden usar gafas y la cámara del drone, pero es más probable que el uso de drones comerciales dependa de la automatización.

Mientras más tráfico de drones llene el cielo, más cerca entre sí volarán los drones. Las tecnologías de visión computacional, como las cámaras de profundidad y la inteligencia artificial de Intel RealSense, permiten que los drones vean, detecten objetos y eviten rápidamente las colisiones con cables eléctricos, árboles u otros drones voladores. Kopardekar señaló que algunos drones de entrega necesitan ser lo suficientemente inteligentes como para detectar si hay niños o personas cerca para ajustar la ubicación de la entrega.

Kopardekar lo vio como un gigantesco salto hacia delante en mayo, cuando la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) anunció que la agencia de la ONU ayudaría a la industria de la aviación a generar este marco global para gestionar el tráfico de drones en el espacio aéreo de baja altitud. Kopardekar mencionó que se necesitará que los gobiernos y las industrias trabajen juntos, incluso si hay algunas que compiten entre sí.

“Todos tienen un interés común, acceso seguro al espacio aéreo", señaló.

 

Nota del editor: siga las noticias sobre revolución aérea y la innovación en drones desde Intel.

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