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– Los aviones no tripulados pueden volar a altas velocidades a un destino mientras mantienen planes seguros de «respaldo» si las cosas salen mal.
Courtesy MIT by Rob Matheson: Los drones autónomos son cautelosos cuando navegan por lo desconocido. Se arrastran hacia adelante, con frecuencia mapean áreas desconocidas antes de proceder para no chocar contra objetos no detectados. Pero esta desaceleración no es ideal para los drones que realizan tareas urgentes, como volar misiones de búsqueda y rescate a través de densos bosques.
Ahora los investigadores del MIT han desarrollado un modelo de planificación de trayectoria que ayuda a los drones a volar a altas velocidades a través de áreas previamente inexploradas, mientras se mantienen seguros.
El modelo, llamado acertadamente «MÁS RÁPIDO», estima el camino más rápido posible desde un punto de partida hasta un punto de destino en todas las áreas que el dron puede y no puede ver, sin tener en cuenta la seguridad. Pero, mientras el dron vuela, el modelo registra continuamente rutas de «respaldo» libres de colisión que se desvían ligeramente de esa ruta de vuelo rápido. Cuando el dron no está seguro acerca de un área en particular, se desvía por el camino de respaldo y lo reemplaza. Por lo tanto, el dron puede navegar a altas velocidades a lo largo de la trayectoria más rápida, mientras que ocasionalmente se desacelera ligeramente para garantizar la seguridad.
«Siempre queremos ejecutar la ruta más rápida, pero no siempre sabemos que es segura. Si, a medida que avanzamos por este camino más rápido, descubrimos que hay un problema, necesitamos tener un plan de respaldo ”, dice Jesús Tordesillas, un estudiante graduado en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica (AeroAstro) y primer autor en un documento que describe el modelo presentado en la Conferencia Internacional sobre Robots y Sistemas Inteligentes del próximo mes. «Obtenemos una trayectoria de mayor velocidad que puede no ser segura y una trayectoria de baja velocidad que es completamente segura. Los dos caminos se unen al principio, pero luego uno se desvía por el rendimiento y el otro por la seguridad «.
En las simulaciones forestales, donde un dron virtual navega alrededor de cilindros que representan árboles, los drones impulsados por FASTER completan con seguridad las rutas de vuelo dos veces más rápido que los modelos tradicionales. En pruebas de la vida real, los drones impulsados por FASTER maniobrando alrededor de cajas de cartón en una gran sala alcanzaron velocidades de 7.8 metros por segundo. Según los investigadores, los límites de la velocidad a la que vuelan los drones pueden aumentar, según el peso y los tiempos de reacción.
«Eso es lo más rápido que puedes ir», dice el coautor Jonathan How, el profesor de aeronáutica y astronáutica Richard Cockburn Maclaurin. «Si estuvieras parado en una habitación con un dron volando de 7 a 8 metros por segundo, probablemente darías un paso atrás».
El otro coautor del artículo es Brett T. López, un ex estudiante de doctorado en AeroAstro y ahora un postdoc en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.
Dividiendo caminos
Los drones usan cámaras para capturar el entorno como vóxeles, cubos 3D generados a partir de información de profundidad. A medida que el dron vuela, cada vóxel detectado se etiqueta como «espacio libre conocido», desocupado por objetos y «espacio conocido ocupado», que contiene objetos. El resto del entorno es «espacio desconocido».
FASTER utiliza todas esas áreas para planificar tres tipos de trayectorias: «completa», «segura» y «comprometida». Toda la trayectoria es la ruta completa desde el punto de partida A hasta la ubicación de la meta B, a través de áreas conocidas y desconocidas. Para hacerlo, la «descomposición convexa», una técnica que descompone los modelos complejos en componentes discretos, genera poliedros superpuestos que modelan esas tres áreas en un entorno. Usando algunas técnicas geométricas y restricciones matemáticas, el modelo usa estos poliedros para calcular una trayectoria completa óptima.
Simultáneamente, el modelo planea una trayectoria segura. En algún lugar a lo largo de toda la trayectoria, traza un punto de «rescate» que indica el último momento en que un avión no tripulado puede desviarse a un espacio libre libre sin obstáculos, en función de su velocidad y otros factores. Para encontrar un destino seguro, calcula nuevos poliedros que cubren el espacio libre conocido. Luego, localiza un lugar dentro de estos nuevos poliedros. Básicamente, el dron se detiene en un lugar seguro pero lo más cerca posible de un espacio desconocido, lo que permite un desvío muy rápido y eficiente.
Trayectoria comprometida
La trayectoria comprometida consiste en el primer intervalo de toda la trayectoria, así como toda la trayectoria segura. Pero este primer intervalo es independiente de la trayectoria segura y, por lo tanto, no se ve afectado por el frenado necesario para la trayectoria segura.
El dron calcula una trayectoria completa a la vez, mientras que siempre realiza un seguimiento de la trayectoria segura. Pero tiene un límite de tiempo: cuando alcanza el punto de rescate, debe haber calculado con éxito la siguiente trayectoria completa a través del espacio conocido o desconocido. Si lo hace, continuará siguiendo toda la trayectoria. De lo contrario, se desvía hacia la trayectoria segura. Este enfoque permite que el dron se active.
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