Parece que no pasa una semana sin más noticias de cómo los drones van a hacer nuestras vidas mucho más fáciles o lo que pueden hacer ahora para entretenernos. Más recientemente, hubo informes de dispositivos voladores que entregaban comida a golfistas en un campo en Dakota del Norte y que se usaban como bailarines de respaldo en los espectáculos de Drake.
Pero lejos de las últimas nueve etapas y los conciertos, los vehículos voladores autónomos están haciendo negocios serios, desde ayudar a salvar vidas durante los huracanes hasta ayudar a los ancianos. Y, si un proyecto de investigación de la Universidad de Rice llega a buen término, un enjambre de drones podría algún día trabajar juntos para detectar gases tóxicos en la atmósfera y trazar un perímetro seguro.
Impulsados por una reciente donación de $ 1.5 millones de la National Science Foundation, los científicos, en colaboración con el Baylor College of Medicine and Technology For All, una organización sin fines de lucro de Houston, se centrarán en dar a los drones la inteligencia para detectar dónde se ha propagado la contaminación peligrosa después de explosiones o fugas., particularmente después de eventos climáticos extremos.
De hecho, señaló Edward Knightly, el ingeniero eléctrico y de computadoras que encabeza la investigación, ese tipo de desastre cercano ocurrió no muy lejos después del huracán Harvey el año pasado cuando los primeros respondedores se enfermaron por una fuga de gas de una planta química cerca de Houston.
"Los primeros en responder fueron a establecer un perímetro de unos dos kilómetros y medio para advertir a los residentes del vecindario", dice. “Pero esos primeros socorristas fueron hospitalizados. El perímetro estaba demasiado cerca de la fuente, pero ellos no lo sabían. Nadie lo sabia.
“Y ese es un gran ejemplo de dónde podríamos enviar drones desde una distancia segura y ellos pueden descubrir dónde hay un límite seguro, el efecto del viento, si ha habido reacciones químicas en el aire. Encontrar y establecer los límites correctos es una decisión compleja, y creemos que los drones podrían ser de gran ayuda para tomar esa decisión ".
Pensando pequeño
Pero dar a los drones la capacidad de identificar gases volátiles en tiempo real conlleva algunos grandes desafíos. Para empezar, ¿pueden reducirse los sensores efectivos a un tamaño y peso capaces de caber en un dron? El equipo está trabajando con Frank Tittel, profesor emérito de Rice y pionero en el uso de láseres para detectar las firmas de las moléculas.
"Tenemos que reducir los sensores a un kilo y medio o menos", dice Knightly. “Ha desarrollado formas para que los láseres detecten las concentraciones de gas para una amplia variedad de gases. Pero típicamente, diseña sistemas para ser usados en el terreno. Nunca ha tenido que lidiar con la creación de sensores con esta restricción de masa o tamaño ".
Gran parte del enfoque del proyecto hasta este punto ha sido agudizar la inteligencia de la flota de drones, conocida como ASTRO. Si bien el enfoque en el futuro estará en las capacidades de detección de gas, el aprendizaje de ASTRO ha sido más amplio en su alcance. El objetivo ha sido desarrollar un sistema donde los drones puedan trabajar juntos, sin intervención humana, para encontrar objetos.
Knightly explica que el equipo ha entrenado a su flota de cuatro drones para localizar un dispositivo inalámbrico, incluido uno en un carrito de golf en movimiento. Y, se hace "fuera de la red", sin un humano en el terreno que dirija las cosas con un control remoto.
"Queremos que la red de drones no solo pueda volar entre ellos, sino que incluso si no hay comunicación aire-tierra disponible", dice. "Si hay un clima extremo y la infraestructura no funciona, aún queremos poder enviar drones para recopilar información sobre un área peligrosa".
Antes de comenzar a rastrear algo, los drones usan su inteligencia artificial para aprender sobre su entorno. Es a lo que Knightly se refiere como la "fase de búsqueda y aprendizaje". Los drones comienzan misiones extendiéndose primero para obtener literalmente un plano de la tierra, comunicándose todo el tiempo entre sí para que no se agrupen en un área.
"Antes de que puedan localizar y rastrear un dispositivo inalámbrico, por ejemplo, es importante que aprendan el medio ambiente", dice Knightly. “¿Hay muchos árboles? ¿Edificios altos? ¿O son espacios abiertos? El objetivo es aprender el entorno para que puedan rastrear con precisión ".
Enjambre y pista
Luego pasan a la fase dos, que se llama acertadamente "enjambre y seguimiento". Nuevamente, cuando el objeto objetivo es un dispositivo inalámbrico, han identificado dónde es más fuerte su señal, y ahí es donde los drones se unen como un enjambre . En el caso de un evento peligroso, podría ser donde la lectura de gas es más fuerte.
"Determinan que esto es lo que deberíamos medir, así que vamos a recopilar algunos datos de alta resolución", dice Knightly.
"Por supuesto, todos los gases tienen sus propias firmas espectrales", agrega. “Cuando salgan los drones, habrá una mezcla de diferentes gases. No será una señal clara de solo uno. Por lo tanto, necesitamos que los drones aprendan sobre el medio ambiente, lo comparen con los modelos estadísticos de referencia que hemos desarrollado y luego podamos identificar las fuentes de emisiones peligrosas y los límites de dónde se han propagado ”.
Luca Mottola, profesora asociada del Departamento de Electrónica, Información y Bioingeniería de la Universidad Politécnica de Milán, cree que este es un "ejemplo paradigmático" de cuándo los drones pueden ser más efectivos que cualquier otra tecnología.
"La capacidad de recorrer sin restricciones, mientras transporta cargas útiles de sensores, les da un conjunto único de habilidades", dice Mottola, un experto líder en redes inalámbricas y de sensores de drones. "La tecnología actualmente disponible para abordar escenarios similares depende en gran medida de la intervención humana y, por lo tanto, es mucho más lenta y propensa a errores.
"Por lo tanto, el impacto de la implementación de la tecnología de drones es, por lo tanto, múltiple. Responder más rápidamente puede proporcionar una mejor protección de los activos, limitar el daño a las estructuras y mejorar el impacto en las vidas humanas".
Los investigadores de Rice esperan eventualmente probar sus drones con detección de gas en una ubicación ideal cercana: el Houston Ship Channel, con sus numerosas refinerías químicas y plantas de procesamiento industrial. A medida que avanza el proyecto, la flota podría expandirse a hasta diez drones.
El equipo también ha desarrollado una aplicación móvil con la idea de que podría usar los hallazgos del sensor de drones para enviar advertencias de calidad del aire en tiempo real a los teléfonos de los residentes.
"Traeríamos médicos para ayudar a establecer umbrales para una comunidad", dice Knightly. “¿Cuándo es un día típico? ¿Y cuándo es un día para refugiarse en el lugar?
