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Ingeniería aeronáutica

Un dirigible sobre la selva

Una aeronave autónoma construida en Brasil monitoreará las reservas ambientales en la Amazonia

Noamay en el aire: cuatro motores eléctricos con hélices que pueden girar 360º en forma independiente

Samuel Bueno/CTI

Al volar lentamente a baja altura sobre la selva en la región de Mamirauá, en el estado de Amazonas, el dirigible Noamay localizará y captará señales de radio emitidas por collares instalados en monos y jaguares. Este tipo de aeronave también podrá obtener, mediante sensores, datos sobre el aire y el suelo. Este dirigible no tripulado, que mide 11 metros (m) de longitud y 2,50 m de diámetro en la parte más ancha, está diseñado para volar en forma autónoma con un trayecto predefinido o teledirigido por un piloto en tierra.  “Hicimos el primer vuelo en el modo teledirigido el 3 de marzo, desde la pista de aterrizaje de la ciudad de Balsa Nova, en el estado de Paraná”, comenta el ingeniero electrónico Samuel Siqueira Bueno, investigador del Centro de Tecnología de la Información (CTI) Renato Archer, una entidad del Ministerio de Ciencia, Tecnología, Innovación y Comunicaciones (MCTIC) con sede en la ciudad paulista de Campinas, quien dirigió el proyecto Droni – Dirigible Robótico de Concepción Innovadora.

El Noamay −”cuidar y proteger” en la lengua indígena yanomami− entrará en operación en el segundo semestre de este año en el Instituto de Desarrollo Sostenible Mamirauá (IDSM), una organización social ligada al MCTIC que también participó en el proyecto Droni. El instituto actúa en las reservas ecológicas de Mamirauá y Amanã, con un total de 3,4 millones de hectáreas. El proyecto Droni fue financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CNPq) de Brasil entre 2014 y 2017.

El dirigible contiene una innovación importante, según Siqueira Bueno: cuatro motores eléctricos con hélices instalados de forma que puedan girar 360° y funcionar cada uno en forma independiente, permitiendo subir y aterrizar verticalmente, planear y volar haciendo maniobras.  “Este nuevo sistema, al que denominamos vectorización multidimensional, permite controlar la aeronave con mayor precisión en sus tres ejes, lo cual facilita el vuelo planeando incluso con la aparición de vientos laterales. Es un sistema inédito y facilita el control del dirigible a bajas velocidades; por eso estamos preparando patentes para su depósito en Brasil y en el exterior”, explica el ingeniero aeronáutico Christian Amaral, socio de Omega AeroSystems, empresa de Campo Largo (Paraná) que diseñó y construyó el dirigible y también formó parte del proyecto Droni. Amaral explica que los dirigibles son más útiles en algunas situaciones que los drones porque pueden volar durante más tiempo, llevando una carga mucho mayor, y realizar vuelos planeando con mayor estabilidad. Las baterías de los drones duran unas pocas decenas de minutos.

“Por el momento, el dirigible tiene una autonomía de vuelo de una hora, pero en el futuro será posible mantenerlo en el aire por más tiempo, sostenido por gas helio y por motores eléctricos alimentados por baterías”, explica Siqueira Bueno. En cuanto a los equipos de teledetección empotrados en la aeronave, añade: “Podremos instalar una antena y un receptor para localizar y acompañar animales que portan collares, cámaras en diferentes bandas de espectro, un láser Lidar [sigla de detección de luz y medición de distancia] para mapear el suelo e intentar localizar ruinas de presencia humana antigua u otros sensores para conocer la composición del aire sobre la selva.

Las baterías recargables del Noamay son de polímeros de litio (LiPo), de alta capacidad. Sin gas helio, sólo con los equipos para volar, el dirigible pesa aproximadamente 38 kilogramos (kg), con capacidad para otros 6 kg de carga. Vacío y plegado, cabe en una maleta grande de viaje.

Una plataforma multiuso
Otro desafío de los investigadores consiste en terminar el desarrollo del sistema de control autónomo del Noamay. “Concluimos en 2002 el desarrollo de un sistema de vuelo autónomo para nuestro primer dirigible adquirido en el exterior, en 1998”, comenta Siqueira Bueno, quien coordinó el proyecto Aurora, las siglas en inglés de Dirigible Robótico Autónomo No Tripulado para Detección Remota (lea en Pesquisa FAPESP, edición n° 84). La aeronave estaba controlada por el ordenador y sensores embutidos. “Con ese sistema, el dirigible realizaba vuelos crucero autónomos, pero las operaciones de despegue, aterrizaje y planeado eran controladas por el piloto en tierra”, dice.

El establecimiento de un control general, que incluya despegar, planear sobre un punto escogido, hacer el aterrizaje e incluso decidir por sí solo la ruta y la misión de acuerdo con los datos captados por el propio dirigible, aún requiere de metodologías que se están desarrollando de forma simulada, para luego sometérselas a pruebas. “Las metodologías de piloto automático para dirigibles que cumplan todas estas fases de vuelo no existen en el mundo. Por eso, tenemos a varios estudiantes de posgrado trabajando en esos estudios”, comenta el investigador. Además del CTI, Omega y IDSM, también participan en el proyecto las universidades federales de la Amazonia (Ufam), la Universidad de Campinas (Unicamp), el Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA) y el Instituto Superior Técnico de Lisboa, Portugal. Esta colaboración multiinstitucional da continuidad a las investigaciones y aplicaciones del Noamay en el ámbito del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología para Sistemas Autónomos Cooperativos (InSAC).

El ingeniero electricista José Reginaldo Hughes Carvalho, docente del Instituto de Computación de Ufam, dice que el Noamay podrá convertirse en una plataforma multiuso, tanto como alternativa más segura y barata a los vuelos tripulados (utilizados para el rastreo de animales y la recolección de informaciones ambientales) como para la adquisición de datos, ofreciendo una cobertura mayor que los sensores fijos. “Con la diferencia de ser silencioso y, al mismo tiempo, flexible y capaz de planear sobre un punto de interés y proseguir hacia el próximo”, añade.

El dirigible requiere 40 metros cúbicos (m3) de helio. El gas adquirirse y acondicionarse en cilindros en Tefé, ciudad sede del Instituto Mamirauá. Su precio promedio es de 120 reales el m³, lo que significa 4.800 reales para llenar el dirigible. “Estamos proyectando un depósito de material sintético para acondicionar el gas y no perderlo, si es necesario vaciar el sobre del dirigible”, explica Amaral, de Omega. La empresa pretende, en el futuro, producir la aeronave a escala. “El mercado mundial de dirigibles, desde los teledirigidos hasta los autónomos, para aplicaciones ambientales y de teledetección, aún en proceso de formación, exhibe un gran potencial de expansión a mediano y largo plazo.

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