SUPER: El Robot Aéreo de Alta Velocidad y Seguridad Garantizada de la Universidad de Hong Kong Revoluciona la Navegación de Drones

Andrew Corselli

SUPER puede navegar entornos complejos a alta velocidad con un nivel de seguridad inalcanzable previamente. (Imagen: HKU)

A diferencia de las aves, que navegan entornos desconocidos con notable velocidad y agilidad, los drones típicamente dependen de guía externa o rutas pre-mapeadas. Sin embargo, un desarrollo del Profesor Fu Zhang e investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Hong Kong (HKU) ha permitido a drones y vehículos aéreos micro (MAV) emular las capacidades de vuelo de las aves más que nunca.

Especificaciones impresionantes

El equipo ha desarrollado el Robot Aéreo de Alta Velocidad con Seguridad Garantizada (SUPER), capaz de volar a velocidades superiores a 20 metros por segundo [unos 45 mph] y evitar obstáculos tan finos como 2.5 milímetros [unos 0.1 pulgadas] — como cables eléctricos o ramitas — usando únicamente sensores a bordo y poder de cómputo. Con un diseño compacto que presenta una base de ruedas de solo 280 mm [unos 11 pulgadas] y peso de despegue de 1.5 kg [unas 3.3 libras], SUPER demuestra agilidad excepcional.

Zhang describe esta invención como un cambio de juego en tecnología de drones, "Imagina un 'Pájaro Robot' maniobrando rápidamente por el bosque, esquivando ramas y obstáculos a alta velocidad. Este es un paso significativo adelante en tecnología de vuelo autónomo. Nuestro sistema permite a MAVs navegar entornos complejos a alta velocidad con un nivel de seguridad inalcanzable previamente. Es como dar al drone los reflejos de un pájaro, permitiéndole esquivar obstáculos en tiempo real mientras corre hacia su meta".

Integración hardware-software

El avance radica en la sofisticada integración de hardware y software. SUPER utiliza un sensor ligero de detección y rango por luz 3D (LiDAR) capaz de detectar obstáculos hasta 70 metros [unos 230 pies] de distancia con precisión milimétrica. Esto se empareja con un marco de planificación avanzado que genera dos trayectorias durante el vuelo: una que optimiza velocidad aventurándose en espacios desconocidos y otra priorizando seguridad permaneciendo en zonas conocidas libres de obstáculos.

Al procesar datos LiDAR directamente como nubes de puntos, el sistema reduce significativamente tiempo de computación, permitiendo toma de decisiones rápida incluso a altas velocidades. La tecnología se ha probado en diversas aplicaciones reales, como exploración autónoma de sitios antiguos, y ha demostrado navegación fluida en entornos tanto interiores como exteriores.

"La capacidad de evitar obstáculos finos y navegar espacios estrechos abre nuevas posibilidades para aplicaciones como búsqueda y rescate, donde cada segundo cuenta. La robustez de SUPER en varias condiciones de iluminación, incluyendo nocturnidad, lo hace herramienta fiable para operaciones las 24 horas", dijo el Autor Principal Yunfan Ren.

Entrevista exclusiva con el Profesor Fu Zhang

Tech Briefs: ¿Cuál fue el mayor desafío técnico al desarrollar SUPER?

Zhang: El mayor obstáculo fue construir un drone pequeño que pudiera volar realmente rápido a través de lugares desconocidos y desordenados como bosques o zonas de desastre sin estrellarse. Necesitábamos que pensara y reaccionara rápido usando solo sus sensores y computadora a bordo, lo cual era difícil. El drone tenía que detectar obstáculos lejos, planear rutas seguras en varios milisegundos y evitar peligros ocultos en áreas que no había visto completamente. Hacer que todas estas piezas — velocidad, seguridad y planificación en tiempo real — funcionaran juntas en un drone diminuto fue un enorme desafío.

Tech Briefs: ¿Puede explicar en términos simples cómo funciona SUPER?

Zhang: SUPER es un drone pequeño y súper ágil que puede atravesar lugares desconocidos a alta velocidad, como 45 mph, sin chocar con nada. Usa un sensor láser llamado LiDAR para "ver" obstáculos hasta 230 pies de distancia, creando un mapa 3D de su entorno, como árboles, cables o paredes. Cada décima de segundo, la computadora a bordo de SUPER planea dos rutas: una rápida que asume áreas inexploradas son seguras, para maximizar velocidad, y una de respaldo que se ciñe a áreas que sabe están libres, para evitar choques. Elige la mejor ruta para volar rápido pero mantenerse seguro, todo sin necesidad de ayuda externa como GPS o computadoras extra.

SUPER ha pasado pruebas en variedad de aplicaciones reales, incluyendo situaciones con oscuridad total y entornos abarrotados. (Imagen: HKU)

Tech Briefs: ¿Cuál fue el catalizador de este trabajo? ¿Cómo surgió?

Zhang: Nos inspiró la idea de drones ayudando en emergencias, como encontrar gente en zonas de desastre o entregar suministros en lugares difíciles donde velocidad y seguridad son críticas. La mayoría de drones o volaban rápido pero arriesgaban estrellarse o eran demasiado lentos para ser útiles. Vimos un hueco: Nadie había construido un drone que pudiera ser tanto rápido como seguro en lugares desconocidos usando solo sus propios sensores. Así que nos propusimos crear SUPER, combinando nuevos sensores láser con planificación inteligente para hacer un drone que pudiera manejar desafíos reales como búsqueda y rescate.

Tech Briefs: ¿Tienen planes establecidos para más investigación/trabajo/etc.? Si no, ¿cuáles son sus próximos pasos?

Zhang: Estamos emocionados de seguir mejorando SUPER. Un gran plan es hacerlo mejor lidiando con objetos en movimiento, como gente o vehículos, prediciendo a dónde irán para planear rutas más suaves y seguras. También queremos hacer el drone aún más ligero y aerodinámico, quizá con mejores motores o diseño más elegante, para que vuele más rápido y use menos energía. Estamos viendo actualizar el LiDAR para ver objetos más pequeños y más lejos. Además, exploramos formas de acelerar el software usando chips potentes como GPUs, abriendo la puerta a usos como explorar áreas desconocidas, inspeccionar puentes o entregar paquetes rápido y seguro.

Tech Briefs: ¿Hay algo más que le gustaría añadir que no toqué?

Zhang: La capacidad de SUPER para volar en todo tipo de condiciones — día o noche, a través de bosques densos o espacios estrechos — lo hace especial. Puede incluso esquivar obstáculos súper finos, como un cable de 2.5 milímetros, que la mayoría de drones no pueden ver. Esto lo prepara para trabajos reales, no solo pruebas de laboratorio. Por ejemplo, podría rastrear un coche en movimiento o explorar un edificio colapsado. Estamos orgullosos de que SUPER muestre cómo los drones pueden pasar de investigación a realmente ayudar a gente en situaciones difíciles, como socorro en desastres o respuesta de emergencia, y esperamos que inspire más soluciones robóticas prácticas.

Tech Briefs: ¿Tiene algún consejo para investigadores que buscan llevar sus ideas a la práctica (en general)?

Zhang: Empiece con un problema real que importe a la gente, como hacer la vida más fácil o segura. Júntese con otros que tengan diferentes habilidades — quizá alguien genial construyendo hardware, otro programando, o alguien que conozca el lado práctico. Pruebe sus ideas temprano y a menudo, usando simulaciones por computadora y experimentos reales para detectar problemas y arreglarlos. No tenga miedo a fallar; cada test le enseña algo. Manténgase paciente y siga empujando, porque convertir una idea genial en algo que funcione en el mundo real toma tiempo, determinación y muchos ajustes.

Transcripción

00:00:01 las aves han cautivado largo tiempo a humanos con su habilidad para navegar a alta velocidad a través de entornos abarrotados manteniendo tasas de fallo notablemente bajas similarmente vehículos micro aéreos entre las máquinas más ágiles creadas por humanos tienen el potencial de lograr vuelos ágiles tipo pájaro mientras expertos humanos pueden replicar agilidad tipo pájaro equilibrando

00:00:24 alta velocidad y seguridad en vuelos autónomos sigue siendo un desafío enfoques actuales a menudo sacrifican seguridad por Velocidad o viceversa esto plantea una pregunta crítica cómo pueden MAVs autónomos lograr tanto alta velocidad como vuelos seguros en entornos reales desconocidos presentando super un robot aéreo de alta velocidad con seguridad garantizada

00:00:51 super es compacto con base de ruedas de solo 280 mm y peso de despegue de 1.5 kg logrando ratio empuje-peso mayor a 5.0 está equipado con sensor de detección y rango por luz 360° capaz de detectar objetos hasta 70 M a tasa de puntos superando 200,000 Herz con percepción avanzada basada en liar planificación con seguridad garantizada y control óptimo

00:01:20 módulos super navega entornos desconocidos a velocidades sobre 20 m/s confiando enteramente en sensado y computación a bordo puede maniobrar nimblemente a través de entornos extremadamente abarrotados a alta velocidad sin comprometer seguridad con su sistema avanzado de percepción basada en liar super puede eficientemente

00:01:51 detectar y evitar obstáculos finos como líneas eléctricas además puede identificar objetos finos menos de 2.5 mm en solo 20 milisegundos permitiendo navegación precisa a través de entornos desafiantes que plantean dificultades significativas para productos comerciales de vanguardia basados en visión el mecanismo de detección activa del lar también permite super operar

00:02:21 todo el día incluso en oscuridad total gracias a estas capacidades excepcionales super ha sido probado en varias aplicaciones reales puede aplicarse para explorar autónomamente sitios antiguos navegando fluidamente tanto espacios interiores como exteriores también puede Travesar bosques densos con garantías de seguridad

00:02:51 sup agilidad se extiende a misión de seguimiento de objetos permitiéndole seguir objetivos de cerca y evitar obstáculos en entornos tanto interiores como exteriores durante día y noche con sus habilidades de navegación de alta velocidad diseño con seguridad garantizada y rendimiento robusto super marca un

00:03:22 hito significativo en transición de navegación autónoma de alta velocidad del laboratorio a aplicaciones reales aunque no perfecto investigadores esperan super desbloqueará nuevas posibilidades en futuros escenarios reales como entrega autónoma inspección mapeo y misiones de búsqueda y rescate