Investigadores de la Universidad Técnica de Delft, en Países Bajos, desarrollaron un sensor táctil liviano con forma de bigote que permite a un dron pequeño explorar su entorno tocándolo con suavidad. El trabajo se publicó en la revista Nature Communications y la idea viene directo de las ratas.
Gracias a sus bigotes, ratas y ratones detectan los objetos que tienen al alcance antes de chocar con ellos. Ese órgano sensorial les permite moverse por edificios, alcantarillas y madrigueras con o sin luz. Además del contacto, los bigotes captan vibraciones y hasta corrientes de aire sutiles.
Los bigotes del dron están hechos de alambre de nitinol, una aleación de níquel y titanio ultraliviana con memoria de forma. Con ellos el aparato percibe el entorno por el tacto en vez de la vista, así que puede operar a oscuras y con poca visibilidad.
¿Por qué un dron necesita bigotes?
Los drones autónomos actuales casi nunca chocan. Llevan sistemas avanzados de navegación y de evasión de obstáculos. El problema aparece con los drones autónomos diminutos. Bajo los 100 gramos cuesta mucho equilibrar el límite de peso con el rendimiento de esos sistemas, y las cámaras, el LiDAR y los demás sensores de navegación convencionales suelen ser demasiado pesados para montarlos en aeronaves así.
Para resolverlo, el equipo creó bigotes artificiales sensibles a la presión que pesan 3,2 gramos cada uno y miden 200 mm de largo. Montaron dos en la parte delantera del dron. En la base de cada filamento hay tres sensores barométricos de presión en miniatura conectados a un microcontrolador a bordo. Cuando el dron pasa cerca de un objeto y un bigote roza o se dobla contra una superficie, los cambios de presión en la base se miden en menos de dos milisegundos. Con eso el dron calcula la ubicación y la profundidad del contacto con precisión milimétrica.
"Aquí buscamos dotar a los drones de una percepción táctil rica, no para manipular cosas en el aire, sino para un concepto nuevo de navegación táctil: usar el tacto para explorar y volar a través de lo desconocido. Pero eso trae un desafío: para que la percepción táctil funcione en drones, tiene que ser liviana, de baja latencia y de bajo consumo. Inspirados en la naturaleza, encontramos la respuesta en los bigotes", explicó Salua Hamaza, profesora asociada de Interacción Física Aérea e Inteligencia Corporizada en Robots Aéreos de la Universidad Técnica de Delft.
Separar el roce de la turbulencia de las hélices
Un dron vibra y genera un flujo de aire ruidoso, así que un sensor de presión muy sensible montado encima tiene un problema evidente. El equipo lo previó. Desarrolló una cadena de procesamiento liviana y en tiempo real, con software a bordo que distingue la información de contacto real de la turbulencia que producen las propias hélices, y extrae datos táctiles confiables durante el vuelo. Todo eso con apenas 34 kilobytes de datos.
"Queríamos demostrar que el tacto no tiene por qué costar tamaño ni capacidad de cómputo. Toda nuestra cadena de percepción táctil corre a bordo usando apenas 34 kilobytes de memoria, lo que permite que un dron pequeño perciba su entorno y responda en tiempo real", dijo Chaoxiang Ye, integrante del proyecto.
¿Qué logró el dron en las pruebas?
En los experimentos, el dron con bigotes siguió el contorno de superficies en oscuridad total y exploró espacios cerrados avanzando pegado a la pared. También construyó mapas táctiles de entornos desconocidos y encontró las salidas sin usar sensores de visión. Esas capacidades sirven en búsqueda y rescate, donde la oscuridad, el humo, el polvo y otras partículas limitan la navegación por visión.
Los límites del sistema
Los bigotes tienen que tocar un objeto para saber que está ahí. Como miden solo 200 mm, el dron no puede cruzar a alta velocidad un terreno sin mapear. Su inercia lo llevaría a estrellarse contra el obstáculo antes de que los bigotes lo detecten.
Además, los bigotes van adelante, así que el dron no detecta obstáculos laterales, como ramas sueltas en un bosque. El sistema está pensado para túneles estructurados y de poca visibilidad, y rinde mejor junto a superficies continuas y relativamente planas, donde el dron puede apoyar los bigotes en una pared y seguirla como una persona con discapacidad visual usa un bastón.
La información original viene de la Universidad Técnica de Delft.
