Un nuevo dron prototipo es capaz de operar tanto en el aire como bajo el agua, abriendo posibilidades en el campo de la robótica híbrida
En una conferencia reciente, un grupo de ingenieros presentó un fascinante nuevo dron capaz de volar por el aire y operar bajo el agua. Aunque se trata solo de un prototipo, los investigadores resolvieron problemas interesantes para crear este cuadricóptero aéreo-acuático funcional. Un equipo de investigadores provenientes de siete universidades y laboratorios en China y Hong Kong contribuyeron al desarrollo del dron conocido como TJ-FlyingFish. En un artículo presentado en la Conferencia Internacional de Robótica y Automatización (ICRA) del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) 2023, en Londres, describieron cómo desarrollaron este cuadricóptero de 3.6 libras.
Los desafíos de la robótica híbrida aéreo-acuática: Según el artículo de investigación, se han creado prototipos previos de drones híbridos aéreo-acuáticos de varios rotores, pero en su mayoría se han basado en «construcciones de hardware aéreo estándar con resistencia al agua». En otras palabras, en lugar de crear un dron capaz de volar por los cielos y operar bajo el agua, la mayoría de los investigadores han diseñado drones aéreos con cierto grado de resistencia al agua para que las máquinas no dejen de funcionar cuando se sumerjan.
El problema radica en que, aunque tanto el agua como el aire son medios fluidos, poseen propiedades muy diferentes. Las diferentes viscosidades y densidades afectan la forma en que el sistema de propulsión debe operar, así como el diseño general del dron. Para operar en el aire, el dron necesita ser capaz de vencer la gravedad. Para operar eficientemente bajo el agua, el dron debe ser neutramente boyante y capaz de generar suficiente empuje para superar la resistencia del agua.
Un sistema de propulsión innovador: Como resultado, lograr un empuje efectivo es diferente en ambos medios. La fuerza de propulsión está determinada por la cantidad de masa que los rotores mueven. Para volar, el dron necesita rotores de alta velocidad que muevan mucho aire liviano lo más rápido posible. Sin embargo, para moverse en el agua mucho más denso, el dron necesita rotores de alta torsión y baja velocidad. En lugar de utilizar dos juegos de rotores, los ingenieros diseñaron un sistema innovador que utiliza un motor y dos cajas de engranajes separadas: una diseñada para el vuelo aéreo y la otra para el movimiento submarino. Esto tiene la ventaja de mantener bajo el peso, aunque genera un sistema inherentemente complejo.
Funcionamiento del dron: Cuando el dron despega, funciona como un cuadricóptero normal. Los rotores empujan el aire hacia abajo y le proporcionan suficiente sustentación para volar, y pueden inclinar y girar de forma independiente para maniobrar y mantenerse en el aire. Tiene suficiente energía de la batería para mantenerse en vuelo estacionario durante seis minutos. Pero es cuando aterriza en el agua que las cosas se vuelven interesantes
El dron tiene una ligera flotabilidad negativa, por lo que cuando entra en contacto con el agua, comienza a hundirse lentamente. Luego, una forma de moverse bajo el agua es hacer que todo el dron gire, de modo que los rotores lo impulsen lateralmente a través del agua. Alternativamente, el cuerpo del dron puede mantenerse en posición vertical y puede maniobrar inclinando los rotores de diferentes formas. Estos dos sistemas, habilitados por los rotores inclinables y la doble caja de engranajes, le permiten operar eficientemente bajo el agua y maniobrar en tres dimensiones (al igual que en el aire), de una manera que un dron impermeable equipado únicamente con rotores aéreos tradicionales no puede hacer.
Un rendimiento impresionante bajo el agua: Gran parte del esfuerzo de los investigadores se centró en hacer que el dron fuera eficiente bajo el agua, en lugar de simplemente diseñar un cuadricóptero impermeable. Como resultado, el rendimiento del prototipo bajo el agua es sorprendentemente bueno. Puede permanecer sumergido durante aproximadamente 40 minutos y puede sumergirse hasta una profundidad máxima de casi 10 pies. Fue diseñado para ser liviano, por lo que hubo un compromiso con la impermeabilización. Es probable que los futuros prototipos puedan sumergirse a mayores profundidades.
Despegue desde el agua: Lo más impresionante es que el dron también puede despegar desde el agua. Al elevarse hacia la superficie y girar sus rotores, genera suficiente sustentación para volver al cielo.
Posibles aplicaciones: Aunque solo es un prototipo, es difícil no imaginar los usos de un dron como este. Los investigadores sugieren operaciones de detección remota y rescate en situaciones de desastre, pero también podría utilizarse en estudios civiles y militares, capturando increíbles imágenes de video e inspirando a autores de ciencia ficción. Además, podría llevar al desarrollo de drones impermeables, lo que podría ahorrar mucho dinero a algunas personas.
Conclusion: El desarrollo del dron TJ-FlyingFish ha logrado un avance significativo en la robótica híbrida aéreo-acuática. Gracias a su innovador sistema de propulsión y diseño especializado, puede volar por el aire y operar de manera efectiva bajo el agua. Aunque actualmente es un prototipo, sus capacidades prometen abrir nuevas posibilidades en una amplia gama de aplicaciones, desde operaciones de rescate hasta exploraciones submarinas y más allá. El futuro de los drones híbridos es emocionante y prometedor.
