Los drones son el sector de mercado más dinámico de la industria aeroespacial mundial, según un informe de 2014 de la compañía de investigación del mercado Teal Group. Los gastos estimados de la industria de los drones casi se duplicarán durante la próxima década y pasarán de un gasto actual mundial de $6400 millones a $11 500 millones en 2020.
En términos de segmentación del mercado, el informe estima que, en la actualidad, el mercado de los drones y de los vehículos aéreos de control remoto (UAV) corresponde en un 89 % al ámbito militar y en un 11 % al ámbito civil. Se espera que los porcentajes cambien a 86 % en el ámbito militar y 14 % en el ámbito civil para 2020. A medida que los precios de las aeronaves tipo drone comerciales y de aficionados descienden, más aplicaciones civiles se vuelven viables. Los modelos de aficionados de la actualidad pueden costar tan solo $100; mientras que un drone de cuatro rotores diseñado para uso comercial y equipado con una videocámara de alta definición se puede comprar por aproximadamente $1000. Los drones comerciales más sofisticados pueden ser mucho más costosos. El aumento de la popularidad de los drones se debe, principalmente, a una comparación de costos favorable con respecto al uso de aeronaves de alas fijas tripuladas para el mismo trabajo.
Las compañías inmobiliarias y de construcción ya están usando drones para estudios de terrenos y fotografía aérea. Las compañías de energía, que a menudo están a la vanguardia de la innovación, los usan para explorar, crear mapas, documentar e inspeccionar el campo. En la mayoría de las aplicaciones comerciales actuales, la cámara de alta definición es el elemento clave de los drones. Otros sistemas son simplemente un medio para hacer que la cámara vuele y se mueva.
Cualquier compañía con activos geográficamente diversos que se extiendan a áreas relativamente poco pobladas, como áreas de servicios públicos, granjas, ranchos y compañías de telecomunicación, puede usar drones para inspeccionar, monitorear y realizar control de inventarios y tareas como fumigación de cultivos. Otros mercados incluyen el orden público, la búsqueda y el rescate, y el transporte de cargamento liviano a áreas inaccesibles.
Si bien los términos “drone” y “UAV” se usan generalmente de forma intercambiable, se puede hacer una distinción, ya que el UAV puede volar de forma automática, mientras que el drone está controlado por un piloto en tierra.
Diseño de drones comerciales
A diferencia de las aplicaciones militares, en las cuales el drone es, con mayor frecuencia, una aeronave de alas fijas que despega desde una pista de aterrizaje, se alimenta con combustible de aeronaves de octanaje alto y puede volar distancias largas, los drones comerciales y de aficionados suelen tener diseños tipo helicóptero y están alimentados por batería. Los rotores múltiples (a menudo cuatro o cinco) crean un sistema de propulsión potente que no necesita una pista. Otra ventaja de los drones de aplicación militar es que los mismos rotores se usan como subsistema de control de vuelo. Los rotores se pueden inclinar para maniobrar la aeronave en tres dimensiones.
Desde el punto de vista de la ingeniería, los drones son sistemas complejos con varios subsistemas interrelacionados fundamentales, entre los cuales incluyen los siguiente:
• Propulsión: hélices, motores eléctricos, etc.
• Navegación y control: controladores de vuelo, sistema GPS, giroscopios, altímetros y sensores específicos de la misión.
• Potencia: en la actualidad, generalmente se usan sistemas de baterías y carga, pero hay mucho para innovar en esta área crítica. Los motores rotativos Wankel se están probando, entre otros factores, por su baja vibración.
• Comunicación: entre subsistemas y tierra-aire. En la mayoría de los casos, los drones tienen un piloto humano remoto. Los UAV automáticos de uso comercial se están desarrollando activamente.
• Cargas: cámaras, almacenamiento de video, cargamento o cargamento de consumo, como pesticidas para fumigación de cultivos.
• Chasis: tren de aterrizaje y otros componentes estructurales.
• Software: tiene una función clave en la mayoría de los subsistemas de hardware.
Código abierto
El auge reciente en la actividad de los drones comerciales se produce en un momento en que la importancia de la comunidad de código abierto también está creciendo. Por ese motivo, es probable que el diseño de drones tenga una penetración mucho menor en los sistemas operativos, el software e, incluso, el hardware patentados.
Por ejemplo, hace alrededor de un año, Linux Foundation, en asociación con compañías de tecnología líderes, lanzó el Dronecode Project de código abierto. El objetivo es brindar una estructura de gobierno neutral y coordinar la financiación para los recursos y las herramientas que necesita la comunidad.
Los miembros fundadores incluyen a compañías de la lista Fortune 500, como Intel y Qualcomm, pero la membrecía está dominada por especialistas en robótica, como 3D Robotics, jDrones, Laser Navigation, SkyWard, Squadrone Systems, Walkera y Yuneec. El proyecto Dronecode incluye la plataforma de UAV APM/ArduPilot y el código asociado, que hasta 2014 había alojado 3D Robotics. Más de 1200 desarrolladores están trabajando en el proyecto Dronecode con más de 150 confirmaciones de código por día en algunos proyectos. Algunos ejemplos de proyectos incluyen APM/ArduPilot, Mission Planner, MAVLink y DroidPlanner.
“El software de código abierto y el desarrollo colaborativo están generando tecnologías en las áreas más importantes e innovadoras”, dijo Jim Zemlin, director ejecutivo de The Linux Foundation. “El Dronecode Project es un ejemplo perfecto de esto. Al convertirse en un proyecto colaborativo de Linux Foundation, la comunidad de la iniciativa Dronecode recibirá el apoyo necesario para un proyecto masivo en su momento de éxito. Los resultados significarán una innovación aún mayor y se convertirán en una plataforma común para los proyectos de drones y de robótica de código abierto”.
Prueba
Si bien los drones presentan muchos desafíos de ingeniería, la etapa de prueba es el desafío que podría romper con el presupuesto de desarrollo de un proyecto y generar demoras en el tiempo de salida al mercado. Las pruebas son necesarias para garantizar que el drone es seguro para volar y que puede completar su misión con alta confiabilidad. Generalmente, se emplean pruebas de campo exhaustivas para lograr estos objetivos en la mayoría de los productos. Con los drones, este es un proceso abrumador, debido a que las condiciones medioambientales de un entorno específico podrían no ser repetibles. Los ingenieros de prueba deben identificar el rango de entornos de operación y, a menudo, deben viajar hasta allí para realizar las pruebas de campo.
Luego de identificar los entornos de prueba apropiados, los ingenieros de pruebas aún deben lidiar con las reglamentaciones locales, las cuales complican el proceso todavía más. Si bien las pruebas de campo no se pueden eliminar, una gran parte se puede realizar en el laboratorio. Las compañías de prueba familiarizadas con la simulación de entornos de prueba en laboratorios para la aprobación y aceptación de tecnología celular han usando su experiencia para desarrollar pruebas de drones en entornos simulados en laboratorios.
El entorno de radiofrecuencia es igual de importante que el entorno físico, porque la radiofrecuencia afecta la comunicación tierra-aire. Las pruebas con emuladores de canales les permiten a los ingenieros crear entornos de radiofrecuencia controlables que se correspondan con el vínculo entre el controlador de radio y el drone. Los parámetros de prueba incluyen el desvanecimiento por multitrayectoria, la velocidad del drone, la trayectoria de movimiento y otros factores medioambientales.
Conclusión
Los drones están teniendo un efecto en el mercado comercial, debido a que pueden recolectar información, y entregar cargamentos livianos, a costos más bajos y de manera más segura que las aeronaves tripuladas. Si bien la transmisión de videos y fotografías representa la aplicación principal de los drones en la actualidad, no es difícil imaginar aplicaciones que usen drones para suministrar medicamentos o piezas de repuesto para electrodomésticos o vehículos a comunidades aisladas. De hecho, dos desarrollos tecnológicos importantes incluyen la adopción del paradigma de código abierto mientras la tecnología de los drones está todavía emergiendo y la utilización de emulaciones de canales de radiofrecuencia para simplificar las pruebas de comunicación tierra-aire y así reducir la cantidad de pruebas de campo.