Equipados con diminutos láseres para los ojos, los enjambres de diminutos drones robot pronto podrán polinizar los campos de cultivos, buscar sobrevivientes en edificios colapsados o realizar mediciones de la calidad del aire en grandes áreas.
En 2012, los investigadores de la Universidad de Harvard llegaron a los titulares cuando lanzaron un insecto robótico, que pesaba solo miligramos, y vieron cómo volaba y aterrizaba con éxito; un año después, pudo seguir un camino preprogramado. Desde entonces, el RoboBee ha aprendido a nadar, pero todavía hay una gran brecha en sus habilidades: no puede ver de manera efectiva.
Investigadores de la Universidad de Buffalo y la Universidad de Florida están trabajando para cambiar eso. En los próximos tres años, con la ayuda de una subvención de $ 1.1 millones de la National Science Foundation, Karthik Dantu en Buffalo y Sanjeev Koppal en Florida están probando formas de reducir la tecnología utilizada en lidar, o detección y alcance de la luz, para dar a los pequeños drones la capacidad de navegar hacia una meta sin ser conducidos allí por un operador humano. Serían como el auto sin conductor de Google, solo miles de veces más pequeño.
"Necesitábamos un sensor de profundidad para un comportamiento inteligente", dice Koppal. "Cuando estábamos pensando en qué tipo de técnicas podríamos usar, lidar estaba en la parte superior de la lista".
Desarrollado en la década de 1960 después de la invención del láser, lidar funciona igual que el radar o el sonar, pero con luz. Al enviar una serie de haces de luz invisibles hacia el área circundante, lidar crea una imagen detallada del entorno basada en la luz que rebota en sus sensores. Lidar puede usar la luz en las longitudes de onda visible, ultravioleta e infrarroja cercana para obtener imágenes, y las longitudes de onda más cortas permiten medir partículas tan pequeñas como aerosoles en el aire.
Pero el sistema lidar comercial más pequeño pesa 830 gramos, o casi dos libras, mientras que una abeja robótica es solo 80 miligramos, más liviana que un pequeño clip. En otras palabras, la creación de capacidad microlidar requiere una reducción del nivel de Ant-Man.
Dantu explica que las cámaras convencionales no se podían usar, porque los robots son demasiado pequeños: la percepción de profundidad con cámaras requiere que estén espaciados a una distancia mínima, como los ojos, y simplemente no hay ese tipo de espacio en el dron. Capturar y analizar haces de luz para percibir la distancia y la profundidad fue el camino lógico, ya que depende de la recolección de luz desde cualquier dirección. Además, las cámaras y el procesamiento de imágenes consumen una gran cantidad de energía, que también es muy importante en RoboBees. Alrededor del 97 por ciento del presupuesto total de energía a bordo de una abeja robot se consume por vuelo; Los sistemas informáticos y de detección luchan con otros sistemas por las sobras.
Con la subvención, Koppal está diseñando nuevos sensores livianos, y Dantu está trabajando en algoritmos matemáticos para ayudar a esos sensores a utilizar mejor los datos que recopilan. Un colega de Koppal en Florida, Huikai Xie, está trabajando en la construcción de los emisores láser necesarios.
Primero, los investigadores usarán un espejo con óptica de gran angular en el dron para recolectar pulsos de láser desde una estación base remota LIDAR y ajustar el algoritmo adecuado para los sensores con esos datos. El segundo paso es montar un diodo láser en el propio dron, alimentado a través de un cable a una estación base o batería. A partir de ahí, el objetivo final es conseguir que todo funcione internamente.
(Laboratorio de Microbiotics, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences y Wyss Institute for Biological Inspired Engineering) Microlidar podría usarse en sondas endoscópicas, las herramientas tipo varita utilizadas durante la cirugía que actualmente emplean ultrasonido para visualizar órganos internos y estructuras corporales. Un enjambre completo de abejas robóticas podría monitorear la contaminación del aire, el clima o los patrones de tráfico en un área grande. Cualquier disciplina que actualmente emplee lidar podría potencialmente beneficiarse, incluido el mapeo topográfico, la detección de fallas sísmicas, la identificación de depósitos minerales no descubiertos, la planificación arquitectónica y el mantenimiento de alcantarillas.
Aunque Dantu y Koppal se están enfocando en obtener un sistema lidar viable construido para el dron, la forma en que se recopilarán y procesarán los datos es un obstáculo que discuten a menudo. La abeja o el enjambre de abejas podrían hacer una parte del procesamiento de datos por su cuenta, así como también transmitir datos colectivamente a través de pulsos de luz codificados a una estación base para la computación en profundidad.
Michael Olsen, profesor asociado de geomática en la Oregon State University, trabaja con LIDAR para estudiar la topografía y el mapeo del terreno, utilizando principalmente escáneres terrestres para observar la erosión costera, la seguridad de los puentes y la ingeniería sísmica. Él dice que la falta de capacidad para recopilar un conjunto completo de datos es una gran limitación con los sistemas LIDAR convencionales.
"Inevitablemente tenemos lagunas en nuestros datos debido a las limitaciones de la línea de visión", dice Olsen. “Estos RoboBees serían potencialmente muy útiles para ayudar a llenar algunos de estos vacíos para producir un modelo más completo. La reducción de tamaño de un sistema láser activo, como lidar, es todo un desafío, y lo que los investigadores están abordando aquí es una escala completamente nueva. Parece que han encontrado algunas soluciones muy interesantes para las restricciones de potencia, peso y tamaño ".
Totalmente realizado, un enjambre de abejones equipados con microlidar podría volar alrededor de los árboles en un bosque denso para capturar mejor la estructura de cada árbol, o debajo de los puntales de un puente, escaneos difíciles de hacer con técnicas convencionales.
Si bien lidar se usa actualmente para investigación y aplicaciones industriales, microlidar podría tener muchos usos médicos o en el hogar. Los cazadores de casas podrían tener acceso a una representación 3D completa de una casa en venta y conocer las dimensiones exactas de las habitaciones para planificar cómo podrían encajar los muebles. Las misiones de búsqueda y rescate podrían atravesar pequeños espacios dentro de estructuras colapsadas. Los sistemas basados en el hogar podrían detectar si algo está fuera de lugar o falta, o el grado en que la Tierra ha cambiado después de un deslizamiento de tierra o un terremoto. Y los culturistas o los buscadores de pérdida de peso podrían obtener exploraciones regulares y detalladas de sus cuerpos para conocer el alcance de su progreso.
Dantu y Koppal admiten que este tipo de aplicaciones aún tienen muchos años en el futuro, pero que la naturaleza práctica de la tecnología es prometedora.
"Si puede hacer algo en RoboBee, puede hacerlo en cualquier lugar", dice Koppal. “Microlidar podría funcionar donde sea que se use el LIDAR regular. Hay todo tipo de aplicaciones en la agricultura y la industria donde las personas ya usan LIDAR para mapear el piso de la fábrica o la granja. En muchos casos, más pequeño y más barato es simplemente mejor ".
Y recuerde, estos láseres no son zappers de alta potencia. RoboBees no los usará para dividir y conquistar, solo para obtener una visión más precisa del mundo que los rodea.
