Un dron monomotor inspirado en la semilla de arce logra control de vuelo avanzado

El dron SAM, acrónimo de Samara Seed-Inspired Single-Actuator Monocopter, se distingue por su mecanismo de propulsión único: un solo motor que rota el cuerpo completo de la aeronave sobre su eje vertical. Esta rotación genera tanto la sustentación necesaria para el vuelo como el control direccional. La ventaja inherente de este diseño es su ligereza, bajo coste y robustez mecánica, lo que lo hace idóneo para aplicaciones que requieran el despliegue de grandes cantidades de pequeñas aeronaves, según detallan los investigadores en un artículo publicado en Hackster.io.

No obstante, el movimiento giratorio introduce complejas fuerzas giroscópicas que dificultan el mantenimiento del rumbo y la ejecución de maniobras rápidas. Para contrarrestar estas fuerzas, el equipo desarrolló un sistema de control que integra NMPC e INDI. NMPC se encarga de predecir el movimiento del dron a corto plazo y calcular las órdenes motoras correspondientes, lo que requiere un modelo preciso de la aeronave, desarrollado como un modelo rotacional híbrido que considera la interacción entre el cuerpo giratorio de SAM y sus movimientos de balanceo y cabeceo.

Por su parte, INDI utiliza la retroalimentación en tiempo real para corregir perturbaciones como el viento o posibles imprecisiones en el modelo predictivo. Este sistema combinado fue probado en tres configuraciones de SAM: con alas cortas, largas y ultraligeras. Las pruebas incluyeron trayectorias circulares, en forma de ocho y circulares elevadas, así como la exposición a vientos generados por ventiladores y la capacidad de transportar una carga útil adicional de 5 gramos en la versión ultraligera.

Los resultados comparativos revelan que el sistema NMPC + INDI redujo el error posicional hasta en un 39.5% en el SAM de ala larga y un 37.2% en el de ala corta. La versión ultraligera, por su parte, experimentó una reducción del error de velocidad de hasta un 43.5%.

Actualmente, SAM depende de un sistema externo de captura de movimiento OptiTrack de ocho cámaras y de ordenadores externos para ejecutar sus algoritmos de control. Los futuros esfuerzos se centrarán en la integración de la computación a bordo y la reducción de esta dependencia externa, lo que podría potenciar la simplicidad mecánica del dron para aplicaciones como el sensado ambiental, donde la capacidad de desplegar un elevado número de aeronaves económicas y ligeras representa una ventaja crucial.