Herramienta de prueba de ruido desarrollada por NASA se expande más allá de aeronaves

El WirelessArray desarrollado por Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2), dispuesto aquí para un vuelo de prueba en Langley Research Center, hace que las pruebas de vuelo para drones sean rápidas y rentables. (Imagen: NASA)

Alternativa asequible a arrays de micrófonos cableados

Los fabricantes de aviones que realizan pruebas de ruido en nuevas aeronaves ahora tienen una opción mucho más barata que los arrays tradicionales de micrófonos cableados. Y es lo suficientemente sensible para ayudar a agricultores con problemas de plagas. El array de micrófonos inalámbrico que una empresa creó recientemente con ayuda de la NASA puede localizar insectos que amenazan cultivos escuchando los sonidos que hacen en los campos. Y ahora, está haciendo posibles pruebas rápidas y asequibles casi en cualquier lugar.

Desarrollo con apoyo de NASA

Desde el lanzamiento de su primer producto comercial en 2017, un sensor para pruebas en túnel de viento desarrollado con amplia ayuda de la NASA, Interdisciplinary Consulting Corporation (IC2) ha duplicado su personal y se ha mudado a espacios de laboratorio y oficina más grandes para producir su nuevo producto WirelessArray. Interesado en hacer sus propias pruebas de vuelo más asequibles, el Langley Research Center de la NASA en Hampton, Virginia, apoyó este nuevo proyecto también, con múltiples contratos de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas (SBIR) y consultoría experta.

El WirelessArray desarrollado por IC2 usa nodos auto-alimentados y resistentes a la intemperie, como este, para detectar ruido. El micrófono puede ser reemplazado por otros sensores para recolectar datos por un día, una semana, o incluso todo el año. Paneles solares en la parte superior alimentan la batería interna, y los datos se almacenan internamente en una tarjeta de memoria. (Imagen: Interdisciplinary Consulting Corporation)

Cómo funciona el sistema

El resultado es una serie de bases pequeñas con forma de platillo equipadas con múltiples sensores que miden los cambios de presión del aire creados por sonidos sobre la cabeza. Los aviones pasan por pruebas de ruido y requieren certificación, para que no excedan el nivel de ruido de la FAA establecido para el tipo de cuerpo. Cuando un avión vuela directamente sobre la cabeza, el array recopila datos de ruido para construir un mapa bidimensional de la presión del sonido y su fuente. Un paquete de software personalizado traduce esa información para el usuario final.

Aplicaciones más allá de aeronaves

Gracias al apoyo de la NASA, la herramienta de prueba más asequible está viendo aplicaciones más allá de aeronaves, desde monitoreo animal hasta generación de energía limpia.

La Aeronáutica de la NASA siempre ha usado sistemas cableados para recopilar los mismos datos pero vio el potencial para un enfoque menos engorroso, dijo Tony Humphreys, Ingeniero Jefe con Ciencias de Medición de Langley. Humphreys supervisó los contratos SBIR de WirelessArray y también proporcionó consultoría e incluso un dispositivo prototipo que la compañía usó como punto de partida.

"Previamente, cuando íbamos a Edwards Air Force Base para una serie de pruebas de vuelo, usábamos un array grande con cientos de sensores. Teníamos unas 15 millas de cableado para conectarlos a todos, y tomaba un equipo de seis personas tres días configurar y desmontar", dijo. Los cables tenían que posicionarse en un patrón específico para evitar superposición, y si llovía, cada sensor tenía que ser cubierto para protegerlo de la precipitación. Múltiples semi-camiones transportaban todo ese equipo, junto con generadores de energía, racks de servidores y otro equipo.

Por el contrario, dos empleados de IC2 llegaron al rango de pruebas de vuelo de Langley conduciendo una minivan con todo el hardware necesario para probar el sistema WirelessArray. Sin embargo, Humphreys dijo que los datos generados por el sistema inalámbrico más pequeño eran comparables a un sistema convencional.

Las pruebas de vuelo que la NASA y las aerolíneas comerciales realizan con un sistema cableado son tan costosas que usualmente están fuera del alcance de empresas más pequeñas, dijo Chip Patterson, Vicepresidente de IC2, con sede en Gainesville, FL. Esta tecnología, diseñada para cumplir especificaciones de la NASA, está cambiando eso. Ya sea usando uno o 100 nodos de sensores, cualquiera puede permitirse hacer pruebas de vuelo.

Los vuelos de prueba ayudan a fabricantes de aviones y drones a identificar qué partes de la aeronave están creando más ruido. Usar cientos de micrófonos cableados lo hace un proceso costoso y que consume tiempo para mejorar el diseño y cumplir requisitos de ruido. (Imagen: NASA)

"Cada nodo contiene un pequeño sistema informático", dijo Patterson. "Es capaz de adquirir y almacenar datos en memoria en una tarjeta SD. También tiene un pequeño servidor web que permite al usuario final consultarlo, pidiéndole que inicie adquisición, detenga grabación, descargue archivos, verifique la salud de la batería, y más."

Un sistema cableado tradicional requiere la descarga simultánea e instantánea de todos los datos, lo que significa que el array está limitado a la capacidad de los discos duros en los que alimenta. El sistema más pequeño de IC2 adquiere conjuntos de datos significativamente más grandes, permitiendo que esos datos se queden en cada nodo hasta que se recopilen. Si, por ejemplo, un solo nodo se coloca en el campo para recopilar mediciones de ruido comunitario durante varios meses, no será necesario ir al sitio diariamente para descargar mediciones.

Versatilidad y facilidad de uso

El WirelessArray soporta una variedad de sensores, así que un micrófono puede intercambiarse fácilmente por un sensor óptico o una variedad de otros tipos. Cada unidad tiene su propia batería de auto-carga y panel solar, soportando despliegue a largo plazo. GPS integrado mantiene muestreo sincronizado a través de múltiples nodos, y comunicación inalámbrica permite a usuarios descargar datos remotamente y monitorear la salud de cada dispositivo. Los recintos endurecidos ambientalmente de los nodos hacen posible tomar mediciones en cualquier clima sin protección adicional contra polvo, nieve o temperaturas extremas.

Una startup desarrollando un nuevo vehículo pilotado remotamente puede ahora obtener datos sofisticados de prueba de vuelo para identificar rápidamente problemas de ruido durante despegue, vuelo o aterrizaje. Múltiples vuelos de prueba para cada modificación pueden acelerar el tiempo de mercado porque el costo de configurar, operar y desmontar el sistema es tan bajo.

Todo lo que se necesita para operar un nodo individual o un array extenso es un punto de acceso inalámbrico comercial y una laptop estándar cargada con la aplicación de software de IC2. Los nodos también se integran fácilmente en sistemas existentes.

Aplicaciones diversas emergentes

Esta tecnología pequeña y portátil está encontrando su camino en una variedad de proyectos y aplicaciones más allá de pruebas de aeronaves. IC2 está trabajando con un entomólogo para usar datos acústicos para escuchar sonidos de insectos de alta frecuencia en entornos agrícolas. Descubrir dónde los insectos se alimentan de cultivos hará posible que los agricultores intervengan antes de que hagan demasiado daño mientras limitan el uso de pesticidas a esas áreas.

Investigadores están explorando formas de monitorear ratones y ratas en un entorno biológico intercambiando el sensor acústico estándar que coincide con la audición humana por un sensor ultrasónico. Esto hará posible monitorear chirridos y otros sonidos que indican salud y bienestar animal. Un sensor ultrasónico similar podría monitorear la trayectoria de vuelo de aviones supersónicos, identificando cuándo un boom sónico se acerca a un área.

La tecnología puede aplicarse a cualquier cosa que genere sonido, recopilando datos según un horario preestablecido o bajo demanda. Turbinas eólicas, bancos de prueba de motores de cohetes, y observaciones ambientales como el nivel de ruido en aeropuertos son solo algunas posibilidades. La NASA también podría usar este sistema para recopilar datos para diseños de aviones completamente nuevos.

"Hemos estado impulsando el lado acústico mientras la aeronáutica avanza hacia conceptos más avanzados como el ala arriostrada, tal vez propulsión eléctrica distribuida, u otros. Eso plantea la necesidad de pruebas de ruido y certificación de ruido para nuevas configuraciones", dijo Humphreys. Así que, los ingenieros de la NASA pronto podrían cambiar los semi-camiones y servidores por un par de minivans y laptops.

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