Monitoreo de seguridad pública y tráfico vehicular, entre sus múltiples aplicaciones

Desarrollan dirigible autónomo con fines científicos y comerciales

El IPN, la UNAM y una empresa privada elegirán entre 90 prototipos diseñados hasta ahora

AGENCIA CONACYT

La empresa de seguridad Cidep, respaldada por el IPN y la UNAM, trabaja en el diseño de un dirigible autónomo no tripulado, que será equipado con cámaras de video convencionales, térmicas, radares y sensores para realizar tareas de exploración como la detección de fugas en oleoductos.

Para construir el aerostato los científicos mexicanos analizan cerca de un centenar de modelos aerodinámicos, de los cuales seleccionará el más adecuado, a fin de dotar de una mayor estabilidad de vuelo al vehículo.

El proyecto se inició hace dos años, cuando Cidep intentaba construir un dirigible que llevara a cabo labores de seguridad, como el monitoreo aéreo o del tráfico vehicular, o bien que fuera útil para fines publicitarios. Sin embargo, cuando las instituciones de educación superior se sumaron al proyecto la concepción original cambió.

"Hoy vemos el dirigible como una plataforma multiusos que, además de cumplir funciones de seguridad o publicitarias, tiene una amplia gama de aplicaciones industriales y de ingeniería, tales como la supervisión de líneas de transmisión eléctrica, fugas en oleoductos o prospección de bancos de materiales cuando se construyen presas o carreteras, comentó Juan Manuel Ibarra Deras, director de Cidep.

Mejoran diseño aerodinámico

Los primeros dirigibles se construyeron en los hangares del IPN, y aunque su desempeño era aceptable, se concluyó que las características aerodinámicas eran perfectibles, por lo cual se analizaron otros modelos.

"Es lo que estamos trabajando ahora; el objetivo es que el dirigible pueda soportar ráfagas de viento de hasta 60 kilómetros por hora y podamos controlarlo y mantenerlo en su trayectoria bajo esas condiciones", señala Ibarra.

Carlos Manuel Rodríguez Román, académico de la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica del IPN, tiene a su cargo mejorar el diseño aerodinámico, y para ello analiza 90 diferentes formas del globo o "envolvente".

El desempeño de cada uno de estos 90 prototipos será evaluado en un túnel de viento virtual a partir de modelos matemáticos, los cuales incorporarán variables como fuerza del viento, potencia de los motores y distribución de éstos. Posteriormente se seleccionarán tres o cuatro modelos virtuales, que serán construidos a escala para ser probados en un túnel de viento real y elegir el diseño más conveniente.

Dirigible autónomo y manual

Rodríguez Román también desarrollará los algoritmos de control del aeróstato, es decir, los patrones matemáticos que determinarán las trayectorias de vuelo de la aeronave. Estos artificios harán posible programar trayectorias del dirigible y garantizar que sea capaz de seguirlas sin necesidad de la intervención humana.

"Los algoritmos sirven para mantener al vehículo dentro de una trayectoria; si yo deseo que se eleve a determinada altitud, dé tres vueltas y regrese -sin intervención humana- se requiere una variedad de ecuaciones.

"Todo ello contempla una serie de posibles perturbaciones. En el caso del dirigible, el viento es la principal fuente de alteraciones", explica.

Los algoritmos serán ejecutados por una computadora de vuelo, que está siendo construida por los ingenieros Marco Aguilar y Carlos Rangel, responsables del área de mecatrónica del proyecto. En dicha computadora se instalará también un mapa con las coordenadas del espacio geográfico sobre el cual se moverá el dirigible. El mapa hará posible que la nave evite incidentes, por ejemplo, su colisión.

Para que puedan ejecutarse dichos algoritmos y el dirigible se desplace sin contratiempos, se instalará una serie de sensores en la góndola del aeróstato, los cuales aportarán información sobre el vehículo: altitud, velocidad, combustible y energía eléctrica, entre otros factores.

Además de desplazarse en forma autónoma, gracias a los algoritmos, el dirigible podrá ser controlado manualmente desde tierra, mediante un equipo de radio control.

Cámaras y radares

Para realizar las tareas de exploración, el dirigible será equipado con dos cámaras de video convencionales, una controlada de forma manual desde tierra y una más con un sistema de giro estabilizado, es decir, que independientemente de la orientación del dirigible la cámara podrá enfocar el objetivo. También contará con una cámara térmica.

Además, se instalarán dos radares: uno de microondas y otro de apertura sintética. El primero -afirma Ricardo Peralta, académico del Laboratorio de Materiales Aeroespaciales, de la UNAM- proporcionará información básica sobre la forma del terreno; en cambio, el de apertura sintética mostrará datos sobre la profundidad y los materiales que se encuentran en el lugar.

"El radar de apertura sintética convierte señales de microonda en registros perceptibles en tonos de color. Por ejemplo, el rojo podría significar la presencia de material geológico con alto nivel de cohesión", detalla el investigador.

La información captada por las cámaras de video, térmica o los radares será enviada a la estación de control en tierra. Para ello el equipo de trabajo -comenta Adrián Peña, responsable del área telemétrico y aviónica- trabaja en la creación de un sistema de telemetría que permitirá encriptar la información y enviarla sin riesgo de que sea interceptada.

El diseño del sistema implica un reto adicional, pues los sistemas de telemetría son fijos, es decir, transmiten de un punto fijo a otro. En el caso del dirigible no será así, pues éste transmitirá en movimiento su información a la estación en tierra.

Además, de acuerdo con Peña Cervantes, el sistema de telemetría permitirá a quien utilice el dirigible estar presente en él de manera virtual, pues no sólo facilitará la transmisión de imágenes obtenidas por las cámaras y radares, sino conocer -mediante un panel virtual de instrumentos- el comportamiento de la nave, es decir, monitorear su velocidad, aceleración y ubicación exactas.

La construcción

Para construir el dirigible, Ricardo Pérez Zayas y Eleazid Montoy Valencia -ingenieros en aeronáutica del IPN y responsables del área de producción- analizan diversos materiales, que además de ser resistentes deberán ser ligeros.

Los ingenieros han construido ya algunos prototipos a gran escala, y para ello han empleado fibra de vidrio (en la elaboración de la canastilla o góndola del dirigible) y nylon (para la envolvente exterior y monocote, una especie de plástico con la resistencia de una lámina delgada).

Pero se estudian otros materiales como el kevlar, un nylon antibalístico que protegerá la envolvente contra posibles picaduras y proyectiles de fuego.

El proyecto es financiado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), mediante el programa denominado Avance, cuyo objetivo primordial es apoyar desarrollos científicos o tecnológicos.