El equipo desarrolla un revolucionario vehículo aéreo no tripulado inspirado en la ciencia ficción

Imagina un mundo donde la ciencia ficción se encuentra con la realidad, donde la tecnología de vanguardia da vida a impresionantes escenas de películas como Prometheus. Esta innovadora investigación dirigida por el Dr. Fu Zhang, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Hong Kong (HKU), ha desarrollado un robot aéreo motorizado, volador, LiDAR y sensor ultraligero ( PULSAR) que está configurado para redefinir el mundo de los vehículos aéreos no tripulados (UAV).

Los UAV ya están desempeñando un papel cada vez más importante en la búsqueda y el rescate, la exploración de cuevas y el mapeo arquitectónico. Acertadamente llamado así por su similitud con el patrón de exploración y autorrotación del púlsar astronómico, PULSAR lleva la tecnología UAV a un nuevo nivel. Gracias a su microcomputadora y sensor LiDAR, PULSAR cuenta con percepción, mapeo, planificación y control a bordo completos tanto en ambientes interiores como exteriores, todo sin necesidad de instrumentos externos.

El secreto de la asombrosa funcionalidad de PULSAR radica en un solo actuador que impulsa un mecanismo sin placa oscilante y proporciona tanto empuje como torsión. En una serie de experimentos, el equipo del Dr. Zhang demostró la capacidad de PULSAR para detectar obstáculos estáticos y dinámicos en tiempo real, rastrear trayectorias complejas y navegar de forma autónoma incluso en completa oscuridad.

La solidez de PULSAR también incluye la resistencia a las perturbaciones del viento externo, lo que permite vuelos más seguros y estables en condiciones impredecibles. Con una velocidad máxima del viento de 4,5 m/s, PULSAR puede mantener su posición de flotación en un área pequeña. Tales características permiten un vuelo más seguro y estable en un entorno salvaje.

Además de las capacidades mencionadas anteriormente, el sensor también puede ampliar el campo de visión (FoV) a través del movimiento de autoprotección, lo que mejora la percepción del UAV y el rendimiento de la tarea. Actualmente, existen dos enfoques principales para extender el sensor FoV, pero ambos consumen una cantidad significativa de energía.

El primer enfoque consiste en utilizar sensores con un gran campo de visión, como cámaras de ojo de pez, catadióptricas o LiDAR de 360°, que tienden a producir distorsión. Sin embargo, el LiDAR de 360° tiene un campo de visión estrecho y una resolución vertical baja. El segundo enfoque implica el uso de múltiples sensores, como un sistema de múltiples cámaras o múltiples sistemas LiDAR, pero esto genera costos adicionales y da como resultado tiempos de procesamiento de datos más prolongados.

La invención de PULSAR puede ahorrar un 26,7 % del consumo de energía en comparación con un cuadricóptero UAV con la misma área de palas de rotor y carga útil, manteniendo una buena agilidad. Gracias a su sistema de propulsión de un solo actuador, el PULSAR experimenta menores pérdidas de conversión de energía, lo que resulta en una alta eficiencia de vuelo de 6,65 g/W.

A pesar de su pequeño tamaño, con un diámetro de solo 37,6 cm y una capacidad de batería de solo 41 Wh, este UAV de 1234 g logró un tiempo de vuelo estacionario de más de 12 minutos. Al quitar el sensor LiDAR e instalar una hélice y una batería más grandes, el tiempo de vuelo estacionario de PULSAR puede extenderse a más de 40 minutos.

Los resultados de la investigación se presentan en Robótica científica.

El Dr. Zhang dijo que la plataforma de investigación creada por su equipo podría contribuir a una mayor exploración de los vehículos aéreos no tripulados autogiratorios. “Creemos que esto facilitará la investigación de métodos de control de UAV de alta velocidad y técnicas de localización y mapeo simultáneos (SLAM) en movimiento agresivo”.