Un micro vehículo aéreo ( MAV ), o micro vehículo aéreo , es una clase de UAV en miniatura portátil cuyo tamaño les permite ser utilizados en operaciones de apoyo cercanas y de baja altitud. [2] Los MAV modernos pueden ser tan pequeños como 5 centímetros - comparar Nano Air Vehicle . El desarrollo está impulsado por organizaciones comerciales, de investigación, gubernamentales y militares; [ cita requerida ] con aeronaves del tamaño de un insecto, según se informa, en el futuro. [3] Las pequeñas naves permiten la observación remota de entornos peligrosos o de áreas inaccesibles para los vehículos terrestres. Los aficionados han diseñado MAV [4] para aplicaciones como concursos de robótica aérea y fotografía aérea . [5] Los MAV pueden ofrecer modos de vuelo autónomos. [6]
En 2008, la Universidad TU Delft en los Países Bajos desarrolló el ornitóptero más pequeño equipado con una cámara, el DelFly Micro, la tercera versión del proyecto DelFly que comenzó en 2005. Esta versión mide 10 centímetros y pesa 3 gramos, un poco más grande (y más ruidosa) que la libélula en la que se basó. La importancia de la cámara radica en el control remoto cuando el DelFly está fuera de la vista. Sin embargo, esta versión aún no se ha probado con éxito en exteriores, aunque se desempeña bien en interiores. El investigador David Lentink de la Universidad de Wageningen , que participó en el desarrollo de los modelos anteriores, DelFly I y DelFly II, dice que se necesitará al menos medio siglo para imitar las capacidades de los insectos, con su bajo consumo de energía y multitud de sensores: no solo ojos, sino giroscopios , sensores de viento y mucho más. Dice que los ornitópteros del tamaño de una mosca deberían ser posibles, siempre que la cola esté bien diseñada. Rick Ruijsink, de la Universidad Técnica de Delft, señala como mayor problema el peso de la batería: la batería de iones de litio del DelFly micro, con un gramo, representa un tercio del peso. Afortunadamente, los avances en este ámbito siguen siendo muy rápidos, debido a la demanda en otros sectores comerciales.
Ruijsink afirma que el objetivo de estas naves es comprender el vuelo de los insectos y ofrecerles usos prácticos, como volar a través de grietas en el hormigón para buscar víctimas de terremotos o explorar edificios contaminados por radiactividad. Las agencias de espionaje y el ejército también ven potencial en estos vehículos pequeños como espías y exploradores. [7]
Robert Wood, de la Universidad de Harvard, desarrolló un ornitóptero aún más pequeño, de apenas 3 centímetros, pero este aparato no es autónomo, ya que obtiene su energía a través de un cable. El grupo logró un vuelo estacionario controlado en 2013 [8] , así como aterrizajes y despegues desde diferentes salientes en 2016 [9] (ambos dentro de un entorno de seguimiento del movimiento).
El T-Hawk MAV , un micro- UAV VTOL con ventilador entubado , fue desarrollado por la empresa estadounidense Honeywell y entró en servicio en 2007. Este MAV es utilizado por la División de Artefactos Explosivos del Ejército y la Marina de los EE. UU. para buscar bombas en las carreteras e inspeccionar objetivos. El dispositivo también se desplegó en la planta de energía nuclear de Fukushima Daiichi en Japón para proporcionar lecturas de video y radiactividad después del terremoto y tsunami de Tōhoku de 2011. [10]
A principios de 2008, Honeywell recibió la aprobación de la FAA para operar su MAV, designado como gMAV, en el espacio aéreo nacional de forma experimental. El gMAV es el cuarto MAV que recibe dicha aprobación. El gMAV de Honeywell utiliza empuje canalizado para sustentación, lo que le permite despegar y aterrizar verticalmente y flotar. También es capaz de volar hacia adelante a "alta velocidad", según la empresa, pero no se han publicado cifras de rendimiento. La empresa también afirma que la máquina es lo suficientemente ligera como para ser transportada por un hombre. Fue desarrollado originalmente como parte de un programa de DARPA , y se espera que su aplicación inicial sea con el departamento de policía del condado de Miami-Dade, Florida . [11]
En enero de 2010, la Universidad Tamkang (TKU) de Taiwán logró controlar de forma autónoma la altitud de vuelo de un MAV de 8 gramos y 20 centímetros de ancho con alas batientes. El laboratorio MEMS (sistemas microelectromecánicos) de la TKU había estado desarrollando MAV durante varios años y, en 2007, el laboratorio de dinámica espacial y de vuelo (SFD) se unió al equipo de investigación para el desarrollo de MAV de vuelo autónomo. En lugar de los sensores y dispositivos computacionales tradicionales, que son demasiado pesados para la mayoría de los MAV, el SFD combinó un sistema de visión estereoscópica con una estación terrestre para controlar la altitud de vuelo, [12] [13] convirtiéndolo en el primer MAV de alas batientes de menos de 10 gramos que logró un vuelo autónomo.
En 2012, el ejército británico desplegó el vehículo aéreo no tripulado Black Hornet Nano de dieciséis gramos en Afganistán para apoyar las operaciones de infantería. [14] [15]
Aunque actualmente no existen verdaderos MAV (es decir, verdaderos voladores a escala micro), DARPA ha intentado un programa para desarrollar Nano Air Vehicles (NAV) aún más pequeños, con una envergadura de 7,5 centímetros. [16] Sin embargo, no hubo NAV que cumpliera con la especificación del programa original de DARPA hasta 2009, cuando AeroVironment demostró un vuelo estacionario controlado del NAV de alas batientes de DARPA. [17]
Más allá de las dificultades que presenta el desarrollo de los MAV, pocos diseños abordan adecuadamente los problemas de control. El pequeño tamaño de los MAV hace que la teleoperación sea poco práctica porque un piloto de una estación terrestre no puede verlo a más de 100 metros. Una cámara a bordo que permite al piloto de tierra estabilizar y navegar la nave se demostró por primera vez en el Aerovironment Black Widow, pero los vehículos aéreos verdaderamente micro no pueden llevar transmisores a bordo lo suficientemente potentes como para permitir la teleoperación. Por esta razón, algunos investigadores se han centrado en el vuelo de MAV completamente autónomo. Uno de estos dispositivos, que ha sido diseñado desde su inicio como un MAV completamente autónomo, es el Entomopter de inspiración biológica desarrollado originalmente en el Instituto de Tecnología de Georgia bajo un contrato de DARPA por Robert C. Michelson . [18]
Dado que los MAV pueden controlarse por medios autónomos, siguen existiendo importantes problemas de prueba y evaluación. [19] [20] Algunos de los problemas que podrían encontrarse en los vehículos físicos se están abordando mediante simulaciones de estos modelos. [21]
La duración limitada del vuelo es otra limitación a la que se enfrentan estos vehículos. Esto es especialmente cierto para los vehículos que pesan menos de 10 gramos, que están limitados a vuelos de 10 minutos. Los MAV alimentados con energía solar son una posible solución, pero la capacidad de carga útil y las escasas compensaciones entre la generación de sustentación y la eficiencia energética reducen su viabilidad. Sin embargo, Shen et al. (2024) dieron con un vehículo que podría superar estas limitaciones, al que llamaron CoulombFly. El CoulombFly pesa 4,21 gramos, pero puede alcanzar vuelos de 1 hora. Esto se logra con "un sistema de propulsión impulsado electrostáticamente con una alta eficiencia de sustentación a potencia de 30,7 g W−1 y un sistema de energía de kilovoltios ultraligero con un bajo consumo de energía de 0,568 W". [22]
Una nueva tendencia en la comunidad MAV es inspirarse en insectos voladores o pájaros para lograr capacidades de vuelo sin precedentes. Los sistemas biológicos no solo son interesantes para los ingenieros de MAV por su uso de aerodinámica inestable con alas batientes; están inspirando cada vez más a los ingenieros por otros aspectos como la detección y actuación distribuidas, la fusión de sensores y el procesamiento de información. Investigaciones recientes dentro de la USAF se han centrado en el desarrollo de mecanismos de posado similares a los de las aves. Vishwa Robotics y el MIT desarrollaron recientemente un mecanismo de movilidad terrestre y posado inspirado en las garras de las aves y fue patrocinado por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los EE. UU . [23]
Desde el año 2000 se han celebrado con cada vez mayor frecuencia simposios que reúnen a biólogos y especialistas en robótica aérea [24] [25] y recientemente se han publicado algunos libros [26] [27] [28] sobre este tema. La bioinspiración también se ha utilizado en el diseño de métodos para la estabilización y el control de sistemas de múltiples MAV. Los investigadores se inspiraron en los comportamientos observados de bancos de peces y bandadas de aves para controlar enjambres artificiales de MAV [29] [30] [31] [32] y en las reglas observadas en grupos de aves migratorias para estabilizar formaciones compactas de MAV. [33] [34] [35] [36] [37]
Las plataformas más ligeras que pueden volar con un mínimo de funcionalidad pesan menos de 0,5 g, pero los investigadores sueñan con volar al tamaño de un insecto. Sin embargo, surgen muchas dificultades a la hora de reducir la escala de las tecnologías existentes.
El tiempo necesario para aprender a volar un microdron con éxito parece ser, según todas las pruebas, mucho más corto que el tiempo necesario para aprender a volar un helicóptero o un avión. Una razón importante son los modos de vuelo autónomos integrados en la mayoría de los microdrones.