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Diseñan sistema de control en línea que optimiza energía en un dron

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De acuerdo a la Oficina de Información Científica y Tecnológica del Congreso de la Unión, el uso de drones y otros vehículos autónomos (como los submarinos) representa oportunidades de negocios y beneficios para la sociedad, además, estima que su mercado global podría alcanzar 12.6 mil millones de dólares en 2025, donde México contribuye con un cinco por ciento y se considera la mayor potencia en Latinoamérica.

Con el objetivo de contribuir a fortalecer el desarrollo de esta tecnología, un grupo científico encabezado por Alexander S. Poznyak Gorbatch, investigador del Departamento de Control Automático del Cinvestav, diseñó un sistema de control para un vehículo autónomo sumergible que optimiza el uso de energía al desplazarse en una dirección establecida, o bien siguiendo trayectorias complejas en ambientes desconocidos.

“Nuestra propuesta consiste en diseñar una línea de controladores para un vehículo autónomo submarino, basado en la técnica de modos deslizantes, que busca optimizar el consumo de energía demandado por los motores que impulsan el movimiento del vehículo mientras que se puede asegurar el seguimiento de la trayectoria, sin depender del conocimiento exacto en el modelo al que se está controlando”, explicó Alejandra Hernández Sánchez, estudiante de doctorado que trabajó en la propuesta.

La mayoría de los vehículos autónomos cuentan con una computadora que les indica cuánta energía se debe proporcionar al motor para seguir cierta ruta. La novedad de este trabajo de investigación es indicar cuáles cálculos matemáticos deben realizarse para mantener la trayectoria establecida, reduciendo la energía consumida, lo que permite alargar los periodos de operación del vehículo autónomo y controlado.

Los sistemas de control de los vehículos autónomos se entienden como una serie de instrucciones, generadas a partir de las matemáticas, para que sean capaces de realizar una tarea (en este caso el desplazamiento) de la manera más eficiente posible.

En consecuencia, un sistema de control formula matemáticamente la secuencia de operaciones que define cuánta energía se requiere proporcionar al motor del vehículo autónomo para que se desplace en la dirección establecida de forma precisa, además buscan un funcionamiento óptimo para su desplazamiento y trayectoria, con el objetivo de tener mayor autonomía energética.

“Nuestro sistema tiene aplicaciones para diversos vehículos autónomos como vehículos terrestres, drones voladores o sumergibles; en este caso, el controlador desarrollado fue aplicado a un submarino, la diferencia con otro tipo de vehículos como uno terrestre es que estos se pueden mover en dos planos (X,Y) y en un sumergible en tres (X,Y y en profundidad), es decir se desliza en tres coordenadas”, señaló Hernández Sánchez.  

Los resultados de este trabajo de investigación, que son parte de la tesis doctoral de Alejandra Hernández, fueron publicados recientemente en la revista Mechanical System and Signal Processing, donde se expone que una innovación del sistema de control propuesto consiste en su realización en línea; es decir, conforme el vehículo autónomo registra su posición y orientación, va tomando la decisión de cuánta energía requiere para llegar al punto en el espacio o la trayectoria definida.

Al momento, los investigadores analizan los resultados experimentales de su sistema y se encuentran adaptándolos a una plataforma de coche y dron volador autónomos; en una siguiente etapa planean aplicarlo para un brazo robótico instalado en un simulador de vuelo de un avión ultrasónico, esto en colaboración con una institución de investigación de Rusia.

“Estos sistemas de control también pueden tener otro tipo de aplicaciones, como dar seguimiento, alcanzar o interceptar misiles, pero se sigue trabajando en ello, el nuestro ya está formulado y su validación se realizaría con su implementación y simulación a una escala industrial que se daría con el desarrollo del brazo robótico para el simulador de vuelo”, explicó Hernández Sánchez.

“Proponemos nuevos métodos de control para diferentes vehículos autónomos como barcos, aviones o automóviles con o sin saber sus modelos matemáticos, por lo tanto, es necesario diseñar sistemas más precisos para reducir la incertidumbre respecto a estructuras y parámetros que se conocen, como el control robusto, porque son muy importantes para la navegación, sobre todo los que buscan superar o evitar obstáculos que se presenten en la trayectoria de desplazamiento del vehículo autónomo”, sostuvo Alexander S. Poznyak Gorbatch.

Puedes revisar el artículo original en este enlace: https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.107169

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