El Ice Dart es un cuadricóptero diseñado por investigación de la Université de Sherbrooke, en Quebec, para resolver un problema que ha limitado silenciosamente la ciencia con drones durante años: en los ambientes más hostiles de la Tierra casi no hay dónde aterrizar de forma segura.
El hielo es particularmente malo. Los drones estándar, con pies de goma, empiezan a perder agarre en pendientes tan suaves como 9 grados, y mientras más inclinada está la superficie, menos peso propio del aparato lo presiona contra ella: en una pared de 60 grados, la gravedad lo sujeta con apenas la mitad de la fuerza habitual.
El Ice Dart da vuelta ese problema. Según el nuevo artículo del equipo en IEEE Transactions on Field Robotics, es el primer dron capaz de posarse en hielo con esa inclinación y mantener la posición.
¿Qué es el perching y por qué el hielo era el caso difícil?
El Ice Dart pertenece a una línea más amplia de la robótica llamada perching, un enfoque tomado de la naturaleza que busca dar a los drones la capacidad de aferrarse a superficies como lo hacen las aves, los insectos y los geckos. En vez de gastar batería en mantenerse suspendido indefinidamente, un dron con esta capacidad aterriza, apaga sus sistemas más ruidosos y se convierte en un sensor fijo por el tiempo que haga falta.
Ya existen versiones que se agarran de ramas de árboles, que se adhieren a muros rugosos e incluso que se enganchan a vehículos en movimiento. Pero el hielo, sobre todo el hielo empinado e impredecible de un glaciar, seguía siendo uno de los reductos más duros del campo.
"La inspiración para las espinas retráctiles de los pies vino de mirar las garras de un gato y su capacidad de desplegarse solo cuando se necesitan", señala Isaac Tunney, del área de ingeniería mecánica y robótica de la Université de Sherbrooke y primera firma del estudio. "Quería crear pies que engancharan sus espinas en el hielo de forma natural y pasiva en el momento correcto, sin importar la orientación del dron, la geometría de la superficie o las condiciones del hielo."
Tres tecnologías que trabajan juntas
El truco para lograrlo está en la combinación de tres soluciones.
Cada una de las cuatro patas de fibra de carbono, dispuestas en patrón de X en un aparato que pesa 2,65 kilos en total, termina en un pie con dos espinas montadas sobre resorte apuntando en direcciones opuestas. Si el dron aterriza mirando cuesta arriba, engancha una espina; si aterriza mirando cuesta abajo, la otra hace el trabajo, sin necesidad de que alguien calcule el ángulo de aproximación perfecto.
La segunda pieza es un tren de aterrizaje que absorbe impacto mediante 38 discos de fricción, que disipan la fuerza del contacto para que el dron no rebote. Un rebote sería fatal para el plan, porque las espinas solo muerden si las patas se mantienen comprimidas contra el hielo.
El tercer recurso es el más llamativo: durante una fracción de segundo en el momento del contacto, los motores invierten brevemente el empuje y empujan físicamente al dron contra la pared para ayudar a que las espinas se claven. Eso importa sobre todo en las pendientes más pronunciadas, donde la gravedad por sí sola no alcanza.
¿Cómo le fue en terreno real?
El equipo probó el dron en condiciones reales y lo voló a lo largo del glaciar Fjallsjökull, en Islandia, con temperaturas de entre 0 y 10 °C y ráfagas de viento que superaban los 30 km/h. Consiguió 24 aterrizajes limpios en pendientes de hasta 58 grados, con 100% de tasa de éxito incluso con viento. En pruebas de laboratorio más controladas alcanzó pendientes de hasta 60 grados, a velocidades de aterrizaje de 3 metros por segundo.
| Parámetro | Valor medido |
|---|---|
| Peso total del aparato | 2,65 kilos |
| Espinas por pie | 2, montadas sobre resorte y opuestas |
| Discos de fricción del tren de aterrizaje | 38 |
| Pendiente máxima en terreno | 58 grados |
| Pendiente máxima en laboratorio | 60 grados, a 3 m/s |
| Aterrizajes limpios en Islandia | 24, con 100% de éxito |
| Condiciones de prueba | 0 a 10 °C, ráfagas sobre 30 km/h |
| Pendiente donde falla un dron con pies de goma | 9 grados |
Para qué sirve quedarse quieto
Esa capacidad abre la puerta a un tipo genuinamente nuevo de monitoreo en el Ártico. Un dron suspendido en el aire quema su batería en minutos, pero uno posado puede quedarse horas o días, actuando como sensor fijo en vez de como aparato que consume energía para volar.
Según señala el estudio, eso sirve para seguimiento de icebergs, seguridad marítima, investigación ambiental y vigilancia del Ártico en general, en una región donde el tráfico de barcos y las operaciones costa afuera siguen empujando cada vez más al norte. Un iceberg a la deriva puede ser una amenaza seria para plataformas petroleras y rutas de navegación, y hasta ahora seguirle la pista de cerca ha sido caro y limitado: normalmente había que soltar instrumentos desde un helicóptero o un bote y esperar que cayeran en algún lugar útil.
"La capacidad de aterrizar en vez de mantenerse suspendido puede cambiar de manera fundamental cómo se usan los drones en terreno", indica Alexis Lussier Desbiens, del cuerpo académico de ingeniería de la Université de Sherbrooke y parte de la autoría del estudio. "Una vez que el dron aterriza, el consumo de energía cae drásticamente, lo que permite períodos de observación mucho más largos con un aparato pequeño. El dron además queda completamente silencioso, e incluso puede reducir o eliminar su firma térmica y de radiofrecuencia al apagar sus sistemas principales."
¿Qué falta todavía?
Las pruebas en Islandia siguieron dependiendo de una persona pilotando, con un segundo dron de apoyo para inspección visual, y no de autonomía completa. El Ice Dart tampoco se ha probado aún sobre un iceberg genuinamente a la deriva en mar abierto, que es probablemente el escenario donde resultaría más útil.
Cerrar esa brecha e incorporar aterrizaje autónomo es el siguiente paso lógico del equipo, antes de que el Ice Dart pase de ser un prototipo prometedor de terreno a una herramienta operativa de monitoreo ártico.
La lectura desde el sur
El desarrollo es ártico por origen, pero el problema que resuelve es exactamente el mismo en el hemisferio austral. Chile tiene una superficie glaciar considerable en Campos de Hielo y una presencia científica permanente en la Antártica, y ahí la logística de instalar instrumentos en una pared de hielo es igual de cara y riesgosa que en Islandia.
El dato con potencial de replicación no es el dron completo sino el diseño del pie: dos espinas opuestas sobre resorte que enganchan de forma pasiva, sin electrónica ni actuador dedicado, resolviendo el problema sin que nadie tenga que calcular el ángulo de aproximación. Es el tipo de solución mecánica que se puede prototipar con impresión 3D y probar sobre hielo antes de invertir en la plataforma de vuelo.
