lunes, 6 de marzo de 2017

Carreteras en el cielo para drones


¿Porqué los británicos conducen por "el otro lado"? En realidad no se sabe quién es el que conduce por "el otro lado". Parece ser que lo de los británicos viene de la costumbre medieval de defenderse espada en mano (con la diestra) y más adelante con la famosa historia de los látigos en los carromatos (para no darle a los transeúntes). Sea como fuere, conducir por el lado correcto de la carretera, detenerse en los semáforos, señalar antes de girar, etc. son todo reglas de tráfico que damos por sentadas hoy en día, pero que han evolucionado a lo largo de varias décadas. Lo que parece claro es que la normativa en el tráfico rodado está muy madura, pero no ocurre lo mismo con los drones y otros aparatos que se están desarrollando últimamente (ver posts dedicados a los visionarios). 


Si las normas de tráfico han llevado décadas desarrollo, ahora imaginemos tratar de definir esas reglas científicamente y ponerlas en práctica para aparatos que vuelen en un entorno urbano de una manera que garantice la seguridad, pero que no imponga restricciones imprevistas en el flujo. Y todo esto teniendo en cuenta el crecimiento seguro del tráfico durante décadas (quizás siglos) en el futuro. Es de locos cuando uno se para a pensar con detenimiento.

Eso es precisamente lo que los investigadores de todo el mundo están haciendo ahora mismo para poner un poco de orden con los drones (UAS y RPAS -Remotely Piloted Aircraft Systems-). Estos expertos trabajan con denuedo para desarrollar sistemas de gestión del tráfico aéreo que permitan operaciones rutinarias en un ambiente de tráfico denso, pero con total seguridad en áreas urbanas. El ejemplo más claro es el de los drones que entregan paquetes y los aero-taxis autónomos que transportarán dentro de relativamente poco tiempo a la gente de un punto a otro de la ciudad.


En enero, la conferencia SciTech del Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica (Grapevine, Texas), ha debatido una visión de un proceso que nunca ocurrió en el transporte terrestre: la exploración científica y la evaluación de "reglas de tráfico" alternativas y fundamentales. Imaginemos los encajonados espacios entre edificios de una gran ciudad. Ahora pongamos estos espacios llenos de pequeños drones volando a diferentes altitudes, en direcciones opuestas, incorporándose o dejando el flujo de tráfico y deteniéndose a voluntad, a cualquier nivel, como si fuera una escena de Star Wars o la famosa "El quinto elemento". ¿Se puede activar este tráfico de manera segura y eficiente? Tal complejidad y densidad del espacio aéreo está aún muy lejos en el futuro, pero incluso hoy en día las entregas rutinarias de drones en las ciudades requerirán algunas reglas básicas tales como qué lado del "camino" van a volar estos aparatos, cual será la separación o distancia entre aparatos y quién da o cede el paso, de que manera y cuando.


Añadamos a lo anterior el hecho de que los pequeños UAS y drones de hoy en día son muy susceptibles a las corrientes, vientos y ráfagas que se puedan crear por las calles y callejones y que el GPS no es del todo perfecto dentro de los encajonados espacios entre edificios de los espacios urbanos, donde la señal seguramente se perderá. Además de eso existen otro muchos problemas y desafíos en estas operaciones, en principio rutinarias. Todo ellos sin hablar de la seguridad y de la responsabilidad civil subsidiaria en caso de accidente. La tarea parece desde luego desalentadora.

El Centro de Investigación de Ames de la NASA está explorando posibles conceptos operativos alternativos para el control de flujo de tráfico de UAS en áreas urbanas. Según lo expuesto por el investigador Dae-Sung Jang en SciTech, los conceptos básicos son los carriles, los tubos y los corredores aéreos. En los carriles aéreos los vehículos deberán seguir la línea central de cada carril; En los tubos se puede tener más libertad para moverse dentro del espacio de cada tubo, pero en ambos casos solo se puede volar en una dirección. En los pasillos aéreos se podrá volar en cualquier dirección, pero la separación de seguridad entre aparatos debe ser establecida sin lugar a a errores por los propios vehículos.



  • Sky-lanes: Los vehículos deben seguir la línea central de cada carril y volar en un solo sentido. 
  • Sky-tubes: Los vehículos se mueven con libertad dentro de cada tubo, y vuelan solamente en un solo sentido. 
  • Sky-corridors: Los vehículos pueden volar en cualquier dirección, pero los propios vehículos deben mantener una separación segura.

El concepto que se debate es dividir el espacio aéreo entre edificios en múltiples capas separadas por una altitud determinada, cada capa reproduce el sistema de carreteras que se encuentra debajo con lineas de carriles que se entrecruzan en las intersecciones y requieren de algún tipo de "señales de tráfico" para controlar el flujo. Una idea alternativa es darle a cada línea su propia capa y apilarlas para que no se fusionen o entrecrucen en las intersecciones. Con esta opción sólo se pueden acomodar la mitad de líneas, lo cual reduce la utilización del espacio aéreo, pero por otra parte los carriles directos sin interrupción por cruces aumentan el rendimiento. Con los carriles aéreos, los vehículos pueden cambiar de carril dentro de una línea moviéndose lateralmente, pueden cambiar de altitud moviéndose entre capas, y podrán girar a la izquierda o a la derecha en las líneas de cruce reguladas por señales de tráfico. 

En algunos diseños se estudia una rampa de descenso con giros a derechas. En el más complicado de los conceptos, los carriles apilados tienen direcciones y rampas alternas que enlazan las capas de modo que los vehículos no sólo pueden moverse a las líneas con cruce, sino también invertir la dirección - la llamada "unión de espagueti multinivel" que permitiría mantener el flujo de tráfico aéreo siempre en movimiento.

Los conceptos de tubo son similares, con la excepción de que, debido a su mayor libertad para moverse dentro de un tubo, el sistema puede controlar el flujo de tráfico asignando puntos de transición de vehículos y ventanas de tiempo para cruzar intersecciones en lugar de usar señales de tráfico. En el concepto de corredor, cada vehículo decide por sí mismo cómo hacer la transición entre corredores de cruce, y el sistema de control de flujo sólo aprueba o rechaza el plan.

Uno de los grandes problemas de la gestión de tráfico de UAS implica el establecimiento de la distancia de seguridad entre los vehículos de un carril. Para los aviones de ala fija, la separación de seguridad se establece para evitar los vórtices de estela, pero el avión de ala rotatoria que se desplazará en el espacio aéreo entre los edificios será capaz de detenerse en el aire y volver a acelerar volando a gran velocidad. Así que el factor de seguridad implica también una distancia de frenado, como lo que ocurre con los coches, y la separación longitudinal se determinará por la velocidad del vehículo, la capacidad de maniobrabilidad y los sensores instalados abordo.

Las turbulencias generadas por estos aparatos también pueden dar muchos problemas a los drones que vuelen por debajo. Esta visualización del flujo de aire alrededor de un DJI Phantom 3 muestra áreas de baja presión, áreas de alta presión y aire turbulento. Para crear la animación, un ingeniero aeroespacial de la NASA y un especialista en visualización científica realizaron una simulación con un supercomputador de 1.024 núcleos (Pleiades) en la NASA. Se tardó cinco días en efectuar el cálculo. Los resultados ofrecen implicaciones de diseño para la eficiencia del UAV y el ruido.


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