Un micro vehículo aéreo ( MAV ), o micro vehículo aéreo , es una clase de vehículos aéreos no tripulados en miniatura portátiles cuyo tamaño les permite utilizarse en operaciones de apoyo cercanas y a baja altitud. [2] Los MAV modernos pueden ser tan pequeños como 5 centímetros; compárese con Nano Air Vehicle . El desarrollo está impulsado por organizaciones comerciales, de investigación, gubernamentales y militares; [ cita necesaria ] y, según se informa, se esperan aviones del tamaño de un insecto en el futuro. [3] Las pequeñas embarcaciones permiten la observación remota de entornos peligrosos o de zonas inaccesibles a 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 (Países Bajos) desarrolló el ornitóptero más pequeño equipado con una cámara, el DelFly Micro, la tercera versión del proyecto DelFly iniciado 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 modeló. 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 funciona 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, afirma que se necesitará al menos medio siglo para imitar las capacidades de los insectos, con su bajo consumo de energía y su multitud de sensores, no sólo ojos, pero giroscopios , sensores de viento y mucho más. Dice que deberían ser posibles ornitópteros del tamaño de una mosca, siempre que la cola esté bien diseñada. Rick Ruijsink de TU Delft cita el peso de la batería como el mayor problema; la batería de iones de litio del DelFly micro, con un gramo, constituye un tercio del peso. Afortunadamente, los avances en este ámbito siguen avanzando muy rápidamente debido a la demanda en otros campos comerciales.
Ruijsink dice que el propósito de estas naves es comprender el vuelo de los insectos y proporcionar usos prácticos, como volar a través de grietas en el concreto para buscar víctimas de terremotos o explorar edificios contaminados con radiactividad. Las agencias de espionaje y los militares también ven potencial para vehículos tan pequeños como espías y exploradores. [7]
Robert Wood, de la Universidad de Harvard, desarrolló un ornitóptero aún más pequeño, de sólo 3 centímetros, pero esta nave no es autónoma porque obtiene su energía a través de un cable. El grupo logró vuelos estacionarios controlados en 2013 [8] , así como aterrizajes y despegues desde diferentes voladizos en 2016 [9] (ambos dentro de un entorno de seguimiento de movimiento).
El T-Hawk MAV , un Micro- UAV VTOL con ventilador con conductos , fue desarrollado por la empresa estadounidense Honeywell y entró en servicio en 2007. Este MAV es utilizado por la División de Artillería Explosiva del Ejército y la Marina de los EE. UU. para buscar áreas en busca de bombas al borde de las carreteras e inspeccionar objetivos. El dispositivo también se implementó 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 en recibir dicha aprobación. El Honeywell gMAV utiliza empuje canalizado para sustentarse, lo que le permite despegar y aterrizar verticalmente y flotar. También es capaz de realizar vuelos hacia adelante a "alta velocidad", según la compañía, 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 DARPA y se espera que su aplicación inicial sea en el departamento de policía del condado de Miami-Dade, Florida . [11]
En enero de 2010, la Universidad Tamkang (TKU) en Taiwán realizó el control autónomo de la altitud de vuelo de un MAV de alas batientes de 8 gramos y 20 centímetros de ancho. El Laboratorio MEMS (SISTEMAS MICRO-ELECTRO-MECÁNICOS) de 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 sensores y dispositivos computacionales tradicionales, que son demasiado pesados para la mayoría de los MAV, el SFD combinó un sistema de visión estéreo con una estación terrestre para controlar la altitud de vuelo, [12] [13] convirtiéndolo en el primer MAV de ala batiente de menos de 10 años. gramos que realizaron 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 volantes a microescala), DARPA ha intentado un programa para desarrollar Nano Vehículos Aéreos (NAV) aún más pequeños con una envergadura de 7,5 centímetros. [16] Sin embargo, no se presentó ningún NAV que cumpliera con las especificaciones del programa original de DARPA hasta 2009, cuando AeroVironment demostró un vuelo estacionario controlado del NAV de ala batiente de DARPA. [17]
Más allá de las dificultades para desarrollar MAV, pocos diseños abordan adecuadamente las cuestiones de control. El pequeño tamaño de los MAV hace que la teleoperación sea poco práctica porque el piloto de una estación terrestre no puede verlos más allá de los 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 verdaderamente microaéreos no pueden llevar transmisores a bordo lo suficientemente potentes como para permitir la teleoperación. Por este motivo, algunos investigadores se han centrado en el vuelo MAV totalmente autónomo. Uno de esos dispositivos, que ha sido diseñado desde sus inicios como un MAV totalmente autónomo, es el Entomopter de inspiración biológica desarrollado originalmente en el Instituto de Tecnología de Georgia bajo un contrato 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 pueden surgir en los vehículos físicos se están abordando mediante simulaciones de estos modelos. [21]
Una nueva tendencia en la comunidad MAV es inspirarse en insectos o pájaros voladores para lograr capacidades de vuelo sin precedentes. Los sistemas biológicos no sólo son interesantes para los ingenieros de MAV por su uso de aerodinámica inestable con alas batientes; Son cada vez más inspiradores para 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 un mecanismo para posarse similar al de las aves. Vishwa Robotics y el MIT desarrollaron recientemente un mecanismo de movilidad terrestre y de percha inspirado en las garras de los pájaros, patrocinado por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU . [22]
Desde el año 2000 se han celebrado con creciente frecuencia varios simposios que reúnen a biólogos y especialistas en robótica aérea [23] [24] y recientemente se han publicado algunos libros [25] [26] [27] sobre este tema. La bioinspiración también se ha utilizado en el diseño de métodos para la estabilización y 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 [28] [29] [30] [31] y en las reglas observadas en grupos de aves migratorias para estabilizar formaciones compactas de MAV. [32] [33] [34] [35] [36]
Las plataformas más ligeras para emprender el vuelo con un mínimo de funcionalidad pesan menos de 0,5 g, pero los investigadores sueñan con volar con el tamaño de un insecto. Sin embargo, surgen muchas dificultades al reducir las tecnologías existentes.
La cantidad de tiempo necesaria para aprender a volar un microdron con éxito parece, según toda la evidencia, ser mucho más corta que la cantidad de tiempo necesaria 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.