¡Es una mosca! ¡Es un error! ¡Es un microplano!

Casi todos hemos deseado en un momento u otro ser una mosca en la pared, pero nadie quiere ser aplastado. Una opción más segura podría ser comandar una flota de moscas inteligentes que pudieran buscar y reportar información crítica mientras nos mantenemos alejados del peligro. Con esa idea en mente, los ingenieros del Laboratorio Lincoln del MIT están desarrollando un microvehículo aéreo, un avión espía semiautónomo lo suficientemente pequeño como para sostenerlo en la palma de la mano.



La idea de producir el primer avión de recopilación de inteligencia en miniatura del mundo se propuso hace tres años en el Lincoln Lab, donde los investigadores buscaron una forma de proporcionar acceso directo a los datos de reconocimiento para los soldados que sirven en pequeñas unidades militares, como las desplegadas en entornos urbanos. Imaginaron un sistema de vigilancia portátil que pudiera informar rápidamente a los soldados de peligros inminentes e invisibles. En áreas urbanas, por ejemplo, un sistema de este tipo podría permitir a los soldados ver por encima de la colina y a la vuelta de la esquina, dice William R. Davis, quien administra el programa de micro-vehículos aéreos de Lincoln Lab. Las versiones avanzadas pueden detectar armas nucleares, biológicas y químicas en terrenos hostiles, evaluar el daño de la batalla o monitorear crisis de rehenes o enfrentamientos al estilo Waco.

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Esta historia fue parte de nuestro número de octubre de 1997





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Basado en gran parte en conceptos delineados en Lincoln Lab, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa (DARPA) lanzó un programa de $ 35 millones este año para desarrollar prototipos de micro vehículos aéreos, solicitando propuestas preliminares de la industria y la academia. Las organizaciones que compiten por la financiación incluyen laboratorios universitarios como el Georgia Tech Research Institute (GTRI), empresas aeroespaciales y pequeñas empresas.

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Al mismo tiempo, DARPA ha proporcionado financiación inicial a Lincoln Lab para desarrollar un prototipo en pleno funcionamiento, que los investigadores esperan completar en tres años. Con un peso de dos onzas y una medida de menos de seis pulgadas de largo y ancho, el vehículo prototipo volará a una velocidad de 20 a 30 millas por hora, operará dentro de un radio de hasta 3 millas (el límite se relaciona con el rango esperado del sistema de comunicación del vehículo). y permanecer en el aire hasta una hora. También debe tener capacidades de navegación y reconocimiento.

En general, dice Milan Vilajenik, que dirige la División de Ingeniería de Lincoln Lab, esto va a ser un chip volador.



Dadas sus limitaciones de tamaño y peso, sacar este chip volador del suelo y mantenerlo no será una tarea fácil. A medida que disminuye de tamaño, explica Vilajenik, la tecnología existente es demasiado grande. La mayoría de los subsistemas deberán desarrollarse.

El primer desafío es crear un diseño de ala eficiente que pueda proporcionar suficiente sustentación y resistencia lo suficientemente baja para un vehículo de este rango de tamaño, en el que el comportamiento aerodinámico difiere del de los aviones más grandes y rápidos. El equipo de Lincoln Lab calculó que una nave flotante con palas de rotor requeriría aproximadamente el doble de potencia que un vehículo de ala fija. Por lo tanto, para minimizar los requisitos de energía, el equipo está evaluando varias configuraciones de ala fija utilizando hélices para la propulsión, dice el gerente del programa Davis.

Pero Robert J. Englar, ingeniero de investigación principal de Georgia Tech, sostiene que incluso con una hélice, un ala convencional no generará suficiente sustentación para mantener un vehículo muy pequeño y lento moviéndose a través del flujo de aire disruptivo que probablemente encontrará. Georgia Tech ha presentado una propuesta que Englar se niega a discutir, pero Sam Blankenship, coordinador del Programa Microflyer de GTRI, dice que los ingenieros en última instancia pueden necesitar mirar las alas batientes de pájaros pequeños e insectos como modelos para un vuelo energéticamente eficiente.

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Un sistema de propulsión fuerte puede compensar las deficiencias en el rendimiento aerodinámico, señala Davis, pero es probable que las unidades de propulsión más potentes pesen más, y los diseñadores quieren reservar peso para los sensores de recolección de datos y los sistemas de comunicación. El equipo de Lincoln Lab determinó que a la pequeña escala requerida, los motores a reacción consumirían demasiado combustible, mientras que las fuentes de energía, como las baterías, pesarían demasiado y proporcionarían muy poca energía. Los ingenieros de Lincoln Lab identificaron los motores de combustión interna y las celdas de combustible como las alternativas más prometedoras a corto plazo y esperan crear versiones miniaturizadas de motores de combustión interna en uno o dos años.



Junto con un robusto sistema de propulsión, el diminuto vehículo necesita un sistema de control de vuelo para que pueda mantener su curso frente a turbulencias de aire o ráfagas de viento repentinas. Debido a que el avión se escapará de la vista de las tropas y puede encontrarse con condiciones de vuelo que cambian rápidamente, un soldado no puede volar el vehículo como un modelo de avión, dice Davis. Su equipo determinó que para ejecutar maniobras, el prototipo podría depender de dispositivos a pequeña escala: sensores que miden la velocidad, aceleración y presión atmosférica de la aeronave, y actuadores eléctricos que mueven las superficies aerodinámicas del avión.

Davis señala que las sofisticadas técnicas de microfabricación hacen posible la fabricación de sensores y actuadores con bajos requisitos de energía a muy pequeña escala. Sin embargo, a medida que madura el desarrollo del microplano, los diseñadores esperan reemplazar estos pequeños dispositivos, que usan partes móviles y deben montarse por separado, con sistemas microelectromecánicos, sistemas de alta precisión que se asemejan a chips de computadora y se producen utilizando métodos similares a la fabricación de microcircuitos. Estos podrían estar incrustados en el ala de un micro-avión, ahorrando un peso precioso y proporcionando un control más eficiente.

Finalmente, los investigadores de Lincoln planean desarrollar un sistema de imágenes muy pequeño para el vehículo y una estación terrestre portátil, una computadora portátil y una pequeña antena parabólica de comunicaciones, para transmitir fotos. Ellos visualizan una cámara de luz visible de dos gramos y un centímetro cúbico colocada debajo del avión y obteniendo imágenes de un millón de píxeles, lo suficientemente nítidas como para identificar vehículos militares y personal desde una altitud de 100 metros. El desafío en el desarrollo del sistema de imágenes no es diseñar o fabricar componentes individuales, sino integrarlos sin exceder las limitaciones estrictas de masa y potencia.

De hecho, la integración de esta variedad tan compacta de reconocimiento, propulsión, control de vuelo y otros subsistemas será el obstáculo final, señala Vilajenik. Por ejemplo, los diseñadores pueden tener que aislar un motor de combustión interna que produce calor y que vibra de un sistema de imágenes sensible a esas perturbaciones y evitar la interferencia electromagnética entre los motores eléctricos y la antena de comunicaciones.

A medida que los ingenieros desarrollan formas de incluir más funciones en paquetes más pequeños durante la próxima década o dos, esperan que la capacidad de carga útil, la resistencia y el alcance aumenten. El equipo de Lincoln Lab visualiza microvehículos aéreos avanzados que realizan tareas tan diversas como detectar firmas químicas de armas no convencionales, desplegar sensores estacionarios para monitorear áreas sin patrullaje y obtener imágenes y grabar los sonidos de escenas dentro y alrededor de los edificios.

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