En una conferencia la semana pasada, un grupo de ingenieros presentó un nuevo y fascinante dron capaz de volar por el aire y operar bajo el agua. Si bien es solo un prototipo, los investigadores tuvieron que resolver problemas interesantes para crear un cuadricóptero aéreo-acuático funcional.
Un gran grupo de investigadores de siete universidades y laboratorios de China y Hong Kong contribuyeron a lo que llamaron TJ-FlyingFish. En el papel presentado en el Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) 2023 Congreso Internacional de Robótica y Automatización (ICRA) en Londres, describieron cómo desarrollaron el cuadricóptero de 3,6 libras.
Según el documento de investigación, ha habido prototipos híbridos aéreos y acuáticos de múltiples rotores anteriores, sin embargo, se han basado principalmente en “construcciones de hardware aéreo estándar con resistencia al agua”. En otras palabras, en lugar de crear un dron realmente capaz de volar por los cielos y también operar bajo el agua, la mayoría de los investigadores han diseñado drones aéreos con algo de impermeabilización para que las máquinas no dejen de funcionar cuando caen.
El problema es que, si bien tanto el agua como el aire son medios técnicamente fluidos, tienen propiedades muy diferentes. Las diferentes viscosidades y densidades afectan el funcionamiento del sistema de propulsión, así como el diseño general del dron. Para operar en el aire, el dron debe poder vencer la gravedad. Para operar de manera efectiva bajo el agua, el dron debe tener una flotabilidad neutra y ser capaz de generar suficiente empuje para superar la resistencia del agua.
Como resultado, lograr un empuje efectivo es diferente en ambos medios. La fuerza de propulsión está determinada por la cantidad de masa que mueven las hélices. Para volar, el dron necesita hélices de alta velocidad para lanzar una gran cantidad de aire ligero lo más rápido posible. Sin embargo, para moverse a través del agua mucho más densa, el dron necesita hélices de alto par y velocidad más lenta. En lugar de utilizar dos conjuntos de hélices, los ingenieros diseñaron un sistema innovador que utiliza un motor y dos cajas de cambios separadas: una preparada para el vuelo aéreo y la otra para el movimiento submarino. Esto tiene la ventaja de mantener el peso bajo, aunque lo convierte en un sistema intrínsecamente complejo.
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Cuando el dron despega, funciona como un cuadricóptero normal. Las hélices fuerzan el aire hacia abajo y le dan suficiente sustentación para volar, y pueden inclinarse y girar de forma independiente para que pueda maniobrar y flotar. Tiene suficiente batería para flotar durante seis minutos. Pero es cuando aterriza en el agua que las cosas se ponen interesantes.
El dron tiene una flotabilidad ligeramente negativa, por lo que cuando golpea el agua, comienza a hundirse lentamente. Luego, una forma de viajar bajo el agua es que todo el dron gire, de modo que las hélices lo empujen hacia los lados a través del agua. Alternativamente, el cuerpo del dron puede permanecer erguido y puede maniobrar inclinando los accesorios de diferentes maneras. Estos dos sistemas habilitados por las hélices basculantes y la caja de cambios doble le permiten operar de manera efectiva bajo el agua y maniobrar en tres dimensiones (tal como puede hacerlo en el aire) de una manera que no puede hacerlo un dron impermeable equipado únicamente con hélices aéreas tradicionales.
Una gran parte del esfuerzo de los investigadores se centró en hacer que el dron fuera eficiente bajo el agua, en lugar de simplemente diseñar un cuadricóptero a prueba de agua. Como resultado, el rendimiento bajo el agua del prototipo es sorprendentemente bueno. Puede pasar alrededor de 40 minutos sumergido y tiene una profundidad máxima de inmersión de poco menos de 10 pies. Fue diseñado para ser liviano, por lo que hubo una compensación con la impermeabilización. Es probable que los prototipos futuros puedan profundizar más.
Lo más impresionante es que el dron también puede despegar del agua. Al subir a la superficie y girar sus hélices, genera suficiente sustentación para volver al cielo.
Aunque solo es un prototipo, es difícil no imaginar usos para un dron como este. Los investigadores sugieren operaciones de detección remota y rescate en casos de desastre, pero también podría usarse para realizar encuestas civiles y militares, capturar imágenes de video increíbles e inspirar a los autores de ciencia ficción. También podría conducir a drones a prueba de agua, que podrían ahorrar a algunas personas mucho dinero.
Echa un vistazo a este genial dron aéreo-acuático en acción, a continuación.