El nuevo algoritmo vuela drones más rápido que los pilotos de carreras humanos


Un dron volando a través del humo para visualizar los complejos efectos aerodinámicos. Crédito: Robotics and Perception Group, Universidad de Zúrich

Por primera vez, un quadrotor que vuela de forma autónoma ha superado a dos pilotos humanos en una carrera de drones. El éxito se basa en un novedoso algoritmo desarrollado por investigadores de la Universidad de Zúrich. Calcula trayectorias óptimas en el tiempo que consideran plenamente las limitaciones de los drones.

Para ser útiles, los drones deben ser rápidos. Debido a su limitada duración de la batería, deben completar cualquier tarea que tengan:buscar sobrevivientes en un sitio de desastre, inspeccionar un edificio, entregar carga, en el menor tiempo posible. Y es posible que tengan que hacerlo pasando por una serie de waypoints como ventanas, habitaciones o lugares específicos para inspeccionar, adoptando la mejor trayectoria y la aceleración o desaceleración correcta en cada segmento.

El algoritmo supera a los pilotos profesionales

Los mejores pilotos de drones humanos son muy buenos para hacer esto y hasta ahora siempre han superado a los sistemas autónomos en las carreras de drones. Ahora, un grupo de investigación de la Universidad de Zúrich (UZH) ha creado un algoritmo que puede encontrar la trayectoria más rápida para guiar a un quadrotor,un dron con cuatro hélices, a través de una serie de waypoints en un circuito. "Nuestro dron superó la vuelta más rápida de dos pilotos humanos de clase mundial en una pista de carreras experimental", dice Davide Scaramuzza, quien dirige el Grupo de Robótica y Percepción en UZH y el Gran Desafío de Robótica de Rescate de NCCR Robotics, que financió la investigación.

"La novedad del algoritmo es que es el primero en generar trayectorias óptimas en el tiempo que consideran plenamente las limitaciones de los drones", dice Scaramuzza. Los trabajos anteriores se basaban en simplificaciones del sistema quadrotor o de la descripción de la ruta de vuelo, y por lo tanto no eran óptimos. "La idea clave es, en lugar de asignar secciones de la ruta de vuelo a puntos de referencia específicos, que nuestro algoritmo solo le dice al dron que pase a través de todos los puntos de referencia, pero no cómo o cuándo hacerlo", agrega Philipp Foehn, estudiante de doctorado y primer autor del artículo.
Un dron corriendo a lo largo de una trayectoria óptima en el tiempo en una maniobra de alta velocidad. Crédito: Robotics and Perception Group, Universidad de Zúrich

Las cámaras externas proporcionan información de posición en tiempo real

Los investigadores hicieron que el algoritmo y dos pilotos humanos volaran el mismo quadrotor a través de un circuito de carreras. Emplearon cámaras externas para capturar con precisión el movimiento de los drones y, en el caso del dron autónomo, para dar información en tiempo real al algoritmo sobre dónde estaba el dron en cualquier momento. Para garantizar una comparación justa, los pilotos humanos se les dio la oportunidad de entrenar en el circuito antes de la carrera. Pero el algoritmo ganó: todas sus vueltas fueron más rápidas que las humanas, y el rendimiento fue más consistente. Esto no es sorprendente, porque una vez que el algoritmo ha encontrado la mejor trayectoria puede reproducirlo fielmente muchas veces, a diferencia de los pilotos humanos.

Antes de las aplicaciones comerciales,el algoritmo tendrá que ser menos exigente computacionalmente, ya que ahora toma hasta una hora para que la computadora calcule la trayectoria óptima en el tiempo para el dron. Además, por el momento, el dron se basa en cámaras externas para calcular dónde estaba en cualquier momento. En futuros trabajos, los científicos quieren utilizar cámaras a bordo. Pero la demostración de que un dron autónomo puede, en principio, volar más rápido que los pilotos humanos es prometedora. "Este algoritmo puede tener enormes aplicaciones en la entrega de paquetes con drones, inspección, búsqueda y rescate, y más", dice Scaramuzza.

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