La Competencia Internacional de Robótica Aérea ( IARC ) es una competencia de robótica con base en la universidad que se lleva a cabo en el campus del Instituto de Tecnología de Georgia . Desde 1991, equipos universitarios con el respaldo de la industria y el gobierno han presentado robots voladores autónomos en un intento de realizar misiones que requieren comportamientos robóticos que no habían sido exhibidos previamente por una máquina voladora. [1] El término "robótica aérea" fue acuñado por el creador de la competencia, Robert Michelson, en 1990 para describir una nueva clase de pequeñas máquinas voladoras altamente inteligentes. [2] [3] Los sucesivos años de competencia vieron a estos robots aéreos crecer desde vehículos que apenas podían mantenerse en el aire, a autómatas que son autoestables, autonavegan y capaces de interactuar con su entorno.
El objetivo de la competición ha sido proporcionar una razón para que la robótica aérea avance. [4] Los desafíos se han orientado a producir avances. Desde 1991 hasta 2009, se propusieron seis misiones. Cada una de ellas implicaba un comportamiento robótico totalmente autónomo no demostrado en ese momento. [5] [6] En octubre de 2013 se propuso una séptima misión. Fue la primera en implicar la interacción entre robots aéreos y múltiples robots terrestres. [7] En 2016, la competición y su creador fueron reconocidos durante la sesión legislativa de Georgia en forma de una resolución del senado como la competición de robótica aérea de más larga duración del mundo. [8]
La misión inicial de mover un disco metálico de un lado a otro de un estadio fue vista por muchos como algo casi imposible. Los equipos universitarios mejoraron sus propuestas durante los dos años siguientes, cuando la competencia vio su primer despegue, vuelo y aterrizaje autónomos a cargo de un equipo del Instituto de Tecnología de Georgia. En 1995, un equipo de la Universidad de Stanford pudo adquirir un solo disco y moverlo de un lado a otro del estadio en un vuelo completamente autónomo, la mitad de la distancia. [9] [10]
La misión de la competición se hizo más dura y menos abstracta al exigir a los equipos que buscaran un vertedero de residuos tóxicos, que mapearan la ubicación de bidones de residuos tóxicos parcialmente enterrados y orientados al azar, que identificaran el contenido de cada bidón a partir de las etiquetas de peligro en el exterior de cada bidón y que trajeran una muestra de uno de los bidones. [11] En 1996, un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts y la Universidad de Boston, con el apoyo de Draper Labs, creó un pequeño robot volador totalmente autónomo que mapeó repetida y correctamente la ubicación de los cinco bidones de residuos tóxicos e identificó correctamente el contenido de dos desde el aire, [12] completando aproximadamente el setenta y cinco por ciento de la misión. Al año siguiente, un robot aéreo desarrollado por un equipo de la Universidad Carnegie Mellon completó toda la misión. [10]
La tercera misión comenzó en 1998. Fue una misión de búsqueda y rescate que requirió robots completamente autónomos para despegar, volar a una zona de desastre y buscar en medio de incendios, tuberías de agua rotas, nubes de gas tóxico y escombros. [13] El escenario fue recreado en las instalaciones de entrenamiento de Gestión de Materiales Peligrosos y Respuesta a Emergencias (HAMMER) del Departamento de Energía de los EE. UU . Debido al realismo del escenario, se utilizaron animatrones en lugar de actores humanos para simular sobrevivientes incapaces de salir del área del desastre. [14] Un robot aéreo de la Technische Universität Berlin de Alemania pudo detectar y evitar todos los obstáculos, identificar a todos los muertos en el suelo y a los sobrevivientes (distinguiendo entre los dos en función del movimiento) y transmitir imágenes de los sobrevivientes junto con sus ubicaciones a los primeros en responder que intentarían un rescate. [15] Esta misión se completó en 2000. [16]
La cuarta misión se inició en 2001. Implicaba tres escenarios que requerían el mismo comportamiento autónomo: una misión de rescate de rehenes donde un submarino a 3 kilómetros de la costa debe enviar un robot aéreo para encontrar una ciudad costera, identificar la embajada donde se encuentran retenidos los rehenes, localizar aberturas válidas en el edificio de la embajada, entrar (o enviar una sonda sensora/subvehículo) y retransmitir imágenes de los rehenes a 3 km del submarino antes de montar un asalto anfibio a la embajada para liberar a los rehenes; [17] el descubrimiento de un antiguo mausoleo donde un virus había matado al equipo arqueológico, que había avisado por radio que un tapiz importante e indocumentado estaba colgado en el interior, con 15 minutos para enviar un robot aéreo autónomo para encontrar el mausoleo, entrar en él (o enviar una sonda sensora/subvehículo) y retransmitir imágenes del tapiz antes de la destrucción del mausoleo y su contenido; [17] y una explosión en una instalación de reactor nuclear donde los científicos deben enviar un robot aéreo para encontrar el edificio del reactor en funcionamiento, entrar en el edificio (o enviar una sonda/subvehículo sensor) y transmitir imágenes de los paneles de control para determinar si una fusión es inminente. [17]
Las tres misiones implicaban los mismos elementos de ingreso, localización, identificación, entrada y transmisión de imágenes en 15 minutos. [18] Se llevó a cabo en el Laboratorio de Batalla de Soldados de Fort Benning del Ejército de los EE. UU . utilizando el sitio MOUT (Operaciones Militares en Terreno Urbano) de McKenna. La cuarta misión se completó en 2008 con 27 equipos que habían demostrado cada uno de los comportamientos robóticos aéreos requeridos, excepto poder demostrar estos comportamientos en menos de 15 minutos, una hazaña considerada por los jueces como inevitable si se contaba con más tiempo y, por lo tanto, ya no era un desafío significativo. Por lo tanto, la cuarta misión se dio por terminada, se distribuyeron $80,000 en premios y se estableció la quinta misión. [19] [17]
La quinta misión continuó con lo que había dejado la cuarta, demostrando los comportamientos robóticos aéreos totalmente autónomos necesarios para sortear rápidamente los espacios internos confinados de una estructura una vez que ha sido penetrada por un vehículo aéreo. El escenario de explosión del complejo de reactores nucleares de la cuarta misión se utilizó como telón de fondo para la quinta misión. La quinta misión requirió que un vehículo aéreo totalmente autónomo penetrara en la estructura y sorteara el espacio interior más complejo que contiene pasillos, habitaciones pequeñas, obstáculos y callejones sin salida para buscar un objetivo designado sin la ayuda de ayudas de navegación de posicionamiento global y retransmitir imágenes a una estación de monitoreo a cierta distancia de la estructura. [20] El Primer Simposio sobre Problemas de Vuelo en Interiores se celebró junto con este evento del IARC de 2009.
La sexta misión comenzó en 2010 como una extensión del tema de la quinta misión sobre el comportamiento de vuelo autónomo en interiores, sin embargo, exigió comportamientos más avanzados que los que eran posibles para cualquier robot aéreo existente en 2010. Esta misión de espionaje implicó robar de forma encubierta una unidad flash de una habitación particular en un edificio y depositar una unidad idéntica para evitar la detección del robo. El Simposio de 2010 sobre cuestiones de vuelo en interiores se celebró simultáneamente en la Universidad de Puerto Rico - Mayagüez durante la competencia del 20º aniversario. [21]
La séptima misión comenzó en 2014 y exigió comportamientos más avanzados que los que eran posibles para cualquier robot aéreo existente en 2014. Un solo robot aéreo autónomo tenía que arrear hasta 10 objetivos de robots terrestres autónomos a través de un extremo designado de una arena de 20 m x 20 m (65,62 pies x 65,62 pies) en menos de 10 minutos. La arena no tenía paredes para mapeo SLAM ni disponibilidad de GPS . Técnicas como el flujo óptico o la odometría óptica eran posibles soluciones para la navegación dentro de la arena. [22] Las colisiones con robots terrestres de obstáculos terminaron la carrera sin puntaje. Los robots aéreos autónomos interactuaron con los robots terrestres de la siguiente manera: si un robot aéreo tocaba al robot terrestre en la parte superior, el robot terrestre giraba 45° en el sentido de las agujas del reloj. Si el robot aéreo bloqueaba su movimiento hacia adelante aterrizando frente a él, el robot terrestre invertía la dirección. Los robots terrestres que lograron escapar de la arena contaron en contra de la puntuación general del robot aéreo, por lo que los robots aéreos autónomos tuvieron que decidir qué robots terrestres estaban en peligro inminente de cruzar cualquier límite excepto el designado y redirigirlos hacia el límite designado. [23] La Universidad de Zhejiang fue la ganadora general de la Misión 7, [24] [25] de 52 equipos de 12 naciones que participaron como competidores. [26]
En 2018 se anunció la octava misión, que se centró por primera vez en la interacción hombre-máquina no electrónica, con cuatro robots aéreos que ayudaban a los humanos a completar tareas que una persona no podría realizar de forma independiente. La esencia de la misión 8 implicaba un enjambre de robots aéreos autónomos que trabajaban con un humano para lograr una tarea en presencia de "robots aéreos centinela" hostiles que intentaban obstaculizar al humano. [27]
En 2018, el año inaugural de la misión 8, la sede estadounidense se llevó a cabo en el campus del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta, Georgia, y la sede de Asia/Pacífico se llevó a cabo en la Universidad de Beihang en Pekín, China. El año siguiente, la Misión 8 se completó con éxito en Kunming, China, en el Instituto de Innovación de Yunnan de la Universidad de Beihang, en menos de 8 minutos, por tres equipos. De ellos, la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing (NUAA) fue capaz de completar la misión en el tiempo de finalización más rápido. La Universidad Sun Yat Sen completó la misión en 10 segundos más que la NUAA. El Instituto Harbin también completó la misión, con 12 segundos restantes en el reloj. La NUAA ganó el gran premio de $10,000. [28]
En 2023, concluyó la novena misión. [29] La misión 9 se centró en un vuelo totalmente autónomo utilizando solo la informática de a bordo mientras se evitaban obstáculos y otros robots aéreos a lo largo de una ruta de 3 km, para reemplazar un módulo de comunicaciones de 2 kg (4,4 libras), aproximadamente 1 m (39 pulgadas) de largo en el mástil de una plataforma móvil (un barco en estado de mar 3) y regresar a casa en menos de 9 minutos. [30] Doce equipos registrados de cuatro naciones diferentes intentaron llevar a cabo la misión en sus universidades de origen, debido a las restricciones de viaje por COVID. El equipo que mostró el mejor desempeño fue el de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU). Este equipo demostró todos los comportamientos requeridos en las reglas oficiales de la misión 9 en varias carreras autenticadas, pero en su carrera de puntuación final, sufrió una falla del equipo que se había demostrado con éxito en carreras anteriores. Al final, sin embargo, el desempeño agregado se juzgó para calificar al equipo como el ganador general. [31] [32]
Los equipos universitarios que participan en el IARC proceden principalmente de Estados Unidos y la República Popular China, pero también de Alemania, Inglaterra, Suiza, Noruega, España, Canadá, Chile, Qatar, Irán e India. Los equipos varían en tamaño, desde varios estudiantes hasta veinte o más. Los equipos están compuestos tanto por estudiantes de grado como de posgrado, pero algunos equipos han estado compuestos exclusivamente por estudiantes de grado o posgrado. No se permite la entrada de la industria, pero puede ayudar a los equipos de estudiantes con financiación y equipamiento. [33] [34]
Los robots aéreos varían en diseño desde aviones de ala fija, pasando por helicópteros convencionales, [35] pasando por ventiladores canalizados, dirigibles, [36] y más allá, hasta extrañas creaciones híbridas. [37] Debido a que la competencia se centra en el comportamiento totalmente autónomo, el vehículo aéreo en sí mismo es de menor importancia.
Los robots aéreos deben ser autónomos y no tripulados, y deben competir en función de su capacidad para percibir el entorno semiestructurado del área de competición. Pueden ser inteligentes o estar preprogramados, pero en la mayoría de las misiones no pueden ser controlados por un operador humano a distancia. Normalmente, los robots aéreos están sujetos a restricciones de tamaño o peso, y deben estar equipados con un método de anulación remota activada manualmente del sistema de propulsión principal. [38] La Misión 8 fue una excepción, ya que permitió que un operador humano controlara cuatro vehículos aéreos autónomos mediante gestos con las manos o comandos hablados. [39]
Los premios de la IARC han sido tradicionalmente del tipo "el ganador se lo lleva todo", aunque durante los primeros años de la competición se otorgaban premios monetarios por el progreso del desarrollo de los mejores. La tercera misión tardó tres años en completarse y la Technische Universitaet Berlin ganó finalmente 30.000 dólares. [40] Con la cuarta misión se comprendió que no habría ganadores rápidos y que cada uno de los equipos necesitaría varios años de desarrollo. Por lo tanto, se estableció un "bote de premios creciente" incremental, al que la Fundación Internacional de la Asociación de Sistemas de Vehículos No Tripulados añadió otros 10.000 dólares cada año. El nivel del premio de 2008 se fijó en un total de 80.000 dólares. Cualquier equipo que completara la cuarta misión en menos de 15 minutos recibiría el premio completo de 80.000 dólares; de lo contrario, el premio se distribuiría en función del rendimiento del competidor de 2008 que más se acercara al objetivo de la misión de 15 minutos. En 2008, se habían demostrado los niveles 1 a 3 de la cuarta misión, lo que demostraba que todos los comportamientos robóticos aéreos requeridos eran posibles, pero al final del evento de 2008, ningún equipo pudo demostrar de manera secuencial y sin problemas todos los comportamientos en menos de 15 minutos. Por lo tanto, los $80,000 se dividieron entre los diez finalistas: ( el Instituto Tecnológico de Georgia recibió $27,700; el Instituto Politécnico y la Universidad Estatal de Virginia $17,700; y Embry Riddle / DeVry Calgary $12,200, y el resto se compartió entre los otros finalistas en función del mérito). [41] Se otorgaron $10,000 a un equipo del Instituto Tecnológico de Massachusetts en 2009 por completar la Misión 5. [42] En agosto de 2013, un equipo de la Universidad de Tsinghua completó toda la sexta misión, ganando así $40,000. [43] Posteriormente, la Universidad de Zhejiang ganó $20,000 en 2018 por completar la Misión 7, [44] y la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing recibió $10,000 por completar la Misión 8. [45] La Misión 9 fue completada por la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología y recibió $10,000 en 2023 por el mejor desempeño contra un campo de doce equipos internacionales provenientes de Estados Unidos, China e India. [46]
El creador de la competición, Robert Michelson , es expresidente de la Asociación Internacional de Sistemas de Vehículos No Tripulados (AUVSI) . [11] La IARC se creó por primera vez con capital inicial para logística y un gran premio respaldado por la Asociación. [47] Después del éxito inicial y la tremenda atención de los medios de comunicación obtenida por la IARC, la AUVSI lanzó la Competición de Vehículos Terrestres Inteligentes [48] unos años más tarde en Detroit, Michigan. Esto fue organizado por el miembro de la Junta de AUVSI, Jerry Lane, que trabajaba en el Comando Automotriz de Tanques del Ejército de EE. UU. en ese momento. En 1998, la comunidad submarina estuvo representada cuando AUVSI y la Oficina de Investigación Naval de EE. UU. se unieron para ofrecer la primera Competición Internacional de Vehículos Submarinos Autónomos [49] que se celebra anualmente en EE. UU. Todas estas competiciones, terrestres, marítimas y aéreas, tienen en su núcleo la "autonomía total" como característica distintiva. La Fundación Internacional de la Asociación de Sistemas de Vehículos No Tripulados (rebautizada en 2009 como “RoboNation”) sigue apoyando estas competiciones con logística y premios en metálico, aunque también hay numerosos copatrocinadores de la industria. [50]
{{cite episode}}: Enlace externo en |credits=actualmente se está trabajando para desarrollar vehículos aéreos no tripulados (MAV) totalmente autónomos capaces de realizar operaciones en interiores a principios del siglo XXI utilizando estrategias de navegación de búsqueda/evasión, los robots totalmente autónomos más pequeños e inteligentes son actualmente los que se encuentran en la Competencia Internacional de Robótica Aérea.