La Competencia Internacional de Robótica Aérea ( IARC ) es una competencia de robótica universitaria 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 desplegado robots voladores autónomos en un intento de realizar misiones que requieren comportamientos robóticos que antes no exhibía una máquina voladora. [1] El término “robótica aérea” fue acuñado por el creador del concurso, Robert Michelson, en 1990 para describir una nueva clase de pequeñas máquinas voladoras altamente inteligentes. [2] [3] Los años sucesivos de competencia vieron a estos robots aéreos crecer desde vehículos que apenas podían mantenerse en el aire hasta autómatas que son autoestables, autonavegadores y capaces de interactuar con su entorno.
El objetivo del concurso ha sido dar 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 uno de ellos implicaba un comportamiento robótico totalmente autónomo no demostrado en ese momento. [5] [6] En octubre de 2013 se propuso una séptima misión. Fue el primero en involucrar la interacción entre robots aéreos y múltiples robots terrestres. [7] En 2016, la competencia y su creador fueron reconocidos durante la sesión legislativa de Georgia en forma de una resolución del Senado como la competencia de robótica aérea de mayor duración en el mundo. [8]
La misión inicial de mover un disco metálico de un lado a otro de una arena era vista por muchos como casi imposible. Los equipos universitarios mejoraron sus inscripciones durante los siguientes dos años cuando la competencia vio su primer despegue, vuelo y aterrizaje autónomo por parte 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 de la arena en un vuelo totalmente autónomo: la mitad. [9] [10]
La misión de la competencia se endureció y se hizo menos abstracta al requerir que los equipos buscaran un vertedero de desechos tóxicos, mapearan la ubicación de tambores de desechos tóxicos parcialmente enterrados orientados al azar, identificaran el contenido de cada tambor a partir de las etiquetas de peligro en el exterior de cada tambor, y trae una muestra de uno de los tambores. [11] En 1996, un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad de Boston, con el respaldo de Draper Labs, creó un pequeño robot volador completamente autónomo que mapeó repetida y correctamente la ubicación de los cinco contenedores de desechos 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. Era una misión de búsqueda y rescate que requería robots totalmente autónomos para despegar, volar a una zona de desastre y buscar en medio de incendios, tuberías de agua rotas, nubes de gases tóxicos y escombros. [13] El escenario fue recreado en las instalaciones de capacitación en Gestión de Materiales Peligrosos y Respuesta a Emergencias (HAMMER) del Departamento de Energía de EE. UU . Debido al realismo del escenario, se utilizaron animatrones en lugar de actores humanos para simular supervivientes incapaces de salir de la zona 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 supervivientes (distinguiendo entre los dos según el movimiento) y transmitir fotografías de los supervivientes junto con sus ubicaciones a los socorristas que intentarían un rescate. [15] Esta misión se completó en 2000. [16]
La cuarta misión se inició en 2001. Se trataba de tres escenarios que requerían el mismo comportamiento autónomo: una misión de rescate de rehenes en la que un submarino a 3 kilómetros de la costa debía enviar un robot aéreo para encontrar una ciudad costera, identificar la embajada donde se encuentran los rehenes, localizar aberturas válidas en el edificio de la embajada, ingresar (o enviar una sonda/subvehículo sensor) y transmitir fotografías 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 comunicado por radio que en su interior colgaba un tapiz importante e indocumentado, con 15 minutos para enviar un robot aéreo autónomo para encontrar el mausoleo, entrar en él (o enviar en una sonda/subvehículo sensor) y transmitir imágenes del tapiz antes de la destrucción del mausoleo y su contenido; [18] 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, ingresar al edificio (o enviar una sonda/subvehículo sensor) y transmitir imágenes de los paneles de control para determinar si un el colapso es inminente. [19]
Las tres misiones involucraron los mismos elementos de ingreso, localización, identificación, entrada y transmisión de imágenes en 15 minutos. [20] Se llevó a cabo en el Laboratorio de Batalla de Soldados de Fort Benning del Ejército de EE. UU. utilizando el sitio McKenna MOUT (Operaciones Militares en Terreno Urbano). 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 que los jueces consideraron inevitable dado más tiempo y, por lo tanto, ya no. un desafío importante. Así se dio por terminada la cuarta misión, se distribuyeron 80.000 dólares en premios y se estableció la quinta misión. [21] [22]
La quinta misión continuó donde lo dejó la cuarta misión al demostrar 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 del reactor nuclear de la cuarta misión sirvió como telón de fondo para la quinta misión. La quinta misión requirió un vehículo aéreo totalmente autónomo para penetrar la estructura y sortear 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 transmitir imágenes a una estación de monitoreo a cierta distancia de la estructura. [23] El Primer Simposio sobre Cuestiones de Vuelos en Interiores se celebró junto con este evento de la IARC de 2009.
La sexta misión comenzó en 2010 como una extensión del tema de la quinta misión sobre comportamiento de vuelo autónomo en interiores, sin embargo, exigió comportamientos más avanzados que los posibles por cualquier robot aéreo existente en 2010. Esta misión de espionaje implicó robar de forma encubierta una unidad flash de una habitación en particular. en un edificio y depositar un disco idéntico para evitar la detección del robo. Simposio 2010 sobre Temas de Vuelo en Interiores se llevó a cabo simultáneamente en la Universidad de Puerto Rico - Mayagüez durante la competencia del 20 aniversario. [24]
La séptima misión comenzó en 2014 exigiendo comportamientos más avanzados de los que eran posibles con cualquier robot aéreo existente en 2014. Un solo robot aéreo autónomo tenía que reunir hasta 10 objetivos de robots terrestres autónomos a través de un extremo designado de 20 m x 20 m (65,62 pies x 65,62 pies). pies) arena 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. [25] Las colisiones con robots terrestres de obstáculos terminaron la carrera sin puntuación. Los robots aéreos autónomos interactuaban con los robots terrestres de la siguiente manera: si un robot aéreo tocaba al robot terrestre de arriba, el robot terrestre giraba 45° en el sentido de las agujas del reloj. Si el robot aéreo bloqueara su movimiento hacia adelante aterrizando frente a él, el robot terrestre invertiría su dirección. Los robots terrestres que escaparon sensiblemente de la arena contaron contra 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. [26] La Universidad de Zhejiang fue la ganadora general de la Misión 7, [27] [28] de 52 equipos de 12 naciones ingresaron como competidores. [29]
En 2018 se anunció la octava misión. La Misión 8 se centró por primera vez en la interacción no electrónica entre humanos y máquinas, con cuatro robots aéreos que ayudaron a los humanos a completar tareas que una sola persona no podría realizar de forma independiente. La esencia de la misión 8 involucraba un enjambre de robots aéreos autónomos que trabajaban con un humano para lograr una tarea en presencia de "robots aéreos centinelas" hostiles que intentaban obstaculizar al humano. [30]
En 2018, el año inaugural de la Misión 8, la Sede Americana se llevó a cabo en el campus del Instituto de Tecnología de Georgia en Atlanta, Georgia, y la Sede Asia/Pacífico se llevó a cabo en la Universidad de Beihang en Beijing, China. Al año siguiente, tres equipos completaron con éxito la Misión 8 en Kunming, China, en el Instituto de Innovación de Yunnan de la Universidad de Beihang, en menos de 8 minutos. De ellos, la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing (NUAA) fue capaz de completar la misión en el menor tiempo posible. La Universidad Sun Yat Sen completó la misión dentro de los 10 segundos de NUAA. El Instituto Harbin también completó la misión, faltando 12 segundos en el reloj. NUAA ganó el gran premio de 10.000 dólares. [31]
En 2023 concluyó la novena misión. [32] La misión 9 se centró en un vuelo totalmente autónomo utilizando únicamente informática a bordo y evitando obstáculos y otros robots aéreos en una ruta de 3 km, para reemplazar un módulo de comunicaciones de 2 kg (4,4 libras) y 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. [33] Doce equipos registrados de cuatro países diferentes intentaron llevar a cabo la misión en sus universidades de origen, debido a las restricciones de viaje de COVID. El equipo que tuvo el mejor desempeño fue el de la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU). Este equipo demostró todos los comportamientos requeridos establecidos en las reglas oficiales de la misión 9 en varias carreras autenticadas, pero en su carrera de puntuación final, sufrió una falla en el equipo que se había demostrado con éxito en carreras anteriores. Al final, sin embargo, se consideró que el desempeño global calificaba al equipo como ganador absoluto. [34] [35]
Los equipos colegiados que participan en la IARC provienen principalmente de los 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. Tanto estudiantes de pregrado como de posgrado integran los equipos, pero algunos equipos han estado compuestos en su totalidad por estudiantes de pregrado o posgrado. No se permite la entrada a la industria, pero puede ayudar a los equipos de estudiantes con fondos y equipos. [36] [37]
Los robots aéreos varían en diseño, desde aviones de ala fija hasta helicópteros convencionales, [38] ventiladores con conductos, dirigibles, [39] y más allá, hasta extrañas creaciones híbridas. [40] Debido a que la competencia se centra en el comportamiento totalmente autónomo, el vehículo aéreo en sí tiene menos importancia.
Los robots aéreos deben ser no tripulados y autónomos, y deben competir en función de su capacidad para detectar el entorno semiestructurado del campo de competición. Pueden ser inteligentes o estar preprogramados, pero en la mayoría de las misiones no pueden ser controlados por un operador humano remoto. Normalmente se imponen restricciones de tamaño o peso a los robots aéreos, que deben estar equipados con un método de anulación remota activada manualmente del sistema de propulsión primario. [41] La Misión 8 fue una excepción porque permitió a un operador humano controlar cuatro vehículos aéreos autónomos mediante gestos con las manos o comandos hablados. [42]
Los premios de la IARC han sido tradicionalmente "el ganador se lo lleva todo", aunque durante los primeros años de la competencia se otorgaban premios monetarios al progreso para un mayor desarrollo de los mejores artistas. La tercera misión tardó tres años en completarse y la Technische Universitaet Berlin finalmente ganó 30.000 dólares. [43] Con la cuarta misión se dio cuenta de que no habría ganadores rápidos y que cada uno de los equipos requeriría varios años de desarrollo. Por lo tanto, se estableció un "bote de premios creciente" incremental, al que la Fundación Internacional de la Asociación para Sistemas de Vehículos No Tripulados añadió otros 10.000 dólares cada año. El nivel de premios de 2008 se fijó en un total de 80.000 dólares. Cualquier equipo que complete la cuarta misión en menos de 15 minutos recibiría el premio completo de $80,000; de lo contrario, el premio se distribuiría según el desempeño del competidor de 2008 que más se acercara a la meta de la misión de 15 minutos. En 2008, se habían demostrado los niveles 1 a 3 de la cuarta misión, lo que demostró 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 dólares se dividieron entre los diez finalistas: ( el Instituto de Tecnología de Georgia recibió 27.700 dólares; el Instituto Politécnico y la Universidad Estatal de Virginia, 17.700 dólares; y Embry Riddle /DeVry Calgary, 12.200 dólares, y el resto se repartió entre los demás finalistas en función del mérito). [44] Se otorgaron 10.000 dólares a un equipo del Instituto de Tecnología de Massachusetts en 2009 por completar la Misión 5. [45] En agosto de 2013, un equipo de la Universidad de Tsinghua completó toda la sexta misión, ganando así 40.000 dólares. [46] Posteriormente, la Universidad de Zhejiang ganó $20 000 en 2018 por completar la Misión 7, [47] y la Universidad de Aeronáutica y Astronáutica de Nanjing recibió $10 000 por completar la Misión 8. [48] La Misión 9 fue completada por la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología y fue otorgó $10,000 en 2023 por la mejor actuación contra un campo de doce equipos internacionales provenientes de Estados Unidos, China e India. [49]
El creador del concurso, Robert Michelson , es ex presidente de la Asociación Internacional de Sistemas de Vehículos No Tripulados (AUVSI) . [50] La IARC se estableció por primera vez con dinero inicial para logística y un gran premio respaldado por la Asociación. [51] Después del éxito inicial y la tremenda atención de los medios obtenida por la IARC, la AUVSI lanzó la Competencia de Vehículos Terrestres Inteligentes [52] unos años más tarde en Detroit, MI. Esto fue organizado por el miembro de la Junta de AUVSI, Jerry Lane, quien 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 Competencia Internacional de Vehículos Subacuáticos Autónomos [53] que se celebra anualmente en los EE. UU. Todas estas competiciones, terrestres, marítimas y aéreas, tienen en esencia la "plena autonomía" como característica distintiva. La Fundación Internacional de la Asociación de Sistemas de Vehículos No Tripulados (rebautizada en 2009 como “RoboNation”) continúa apoyando estas competiciones con logística y premios en metálico, aunque también cuenta con numerosos copatrocinadores de la industria. [54]
{{cite episode}}: Enlace externo en |credits=Aunque actualmente se está trabajando para desarrollar MAV totalmente autónomos capaces de realizar operaciones en interiores a principios del siglo XXI utilizando estrategias de navegación de búsqueda/evitación, los robots totalmente autónomos más pequeños e inteligentes son actualmente los que se encuentran en el Concurso Internacional de Robótica Aérea.