La herramienta de prueba de ruido desarrollada por la NASA amplía su uso más allá de los aviones

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

Los fabricantes de aviones que realizan pruebas de ruido en aviones nuevos ahora tienen una opción mucho más barata que los tradicionales conjuntos de micrófonos con cable. Y es lo suficientemente sensible como para ayudar a los agricultores con problemas de plagas. El conjunto de micrófonos inalámbricos que una empresa creó recientemente con la ayuda de la NASA puede localizar insectos que amenazan los cultivos escuchando el sonido que hacen en los campos. Y ahora, hace posible realizar pruebas rápidas y asequibles en casi cualquier lugar.

Desde que lanzó 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 trasladado a un laboratorio y un espacio de oficina más grandes para producir su nuevo producto WirelessArray. Interesado en hacer que sus propias pruebas de vuelo sean más asequibles, el Centro de Investigación Langley de la NASA en Hampton, Virginia, también apoyó este nuevo proyecto, con múltiples contratos de Investigación de Innovación para Pequeñas Empresas (SBIR) y consultoría de expertos.

El WirelessArray desarrollado por IC2 utiliza nodos autoalimentados y resistentes a la intemperie, como este, para detectar ruido. El micrófono se puede sustituir por otros sensores para recopilar datos durante un día, una semana o incluso todo el año. Los paneles solares en la parte superior alimentan la batería interna y los datos se almacenan internamente en una tarjeta de memoria. (Imagen:Corporación de Consultoría Interdisciplinaria)

El resultado es una serie de pequeñas bases en forma de platillo equipadas con múltiples sensores que miden los cambios de presión del aire creados por los sonidos aéreos. Los aviones pasan por pruebas de ruido y requieren certificación, por lo que no exceden el nivel de ruido establecido por la FAA para el tipo de carrocería. Cuando un avión vuela directamente sobre nosotros, la matriz 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.

Gracias al apoyo de la NASA, la herramienta de prueba más asequible está viendo aplicaciones más allá de los aviones, desde el monitoreo de animales hasta la generación de energía limpia.

La Aeronáutica de la NASA siempre ha utilizado sistemas cableados para recopilar los mismos datos, pero vio el potencial de un enfoque menos engorroso, dijo Tony Humphreys, ingeniero jefe de Langley's Measurement Sciences. Humphreys supervisó los contratos de WirelessArray SBIR y también brindó consultoría e incluso un prototipo de dispositivo que la empresa utilizó como punto de partida.

"Anteriormente, cuando íbamos a la Base de la Fuerza Aérea Edwards para una serie de pruebas de vuelo, usábamos un gran conjunto con cientos de sensores. Teníamos alrededor de 15 millas de cableado para conectarlos todos, y un equipo de seis personas tardó tres días en instalarlos y desmontarlos", dijo. Los cables debían colocarse en un patrón específico para evitar superposiciones y, si llovía, cada sensor debía cubrirse para protegerlo de la precipitación. Varios camiones transportaron todo ese equipo, junto con generadores de energía, bastidores de servidores y otros equipos.

Por el contrario, dos miembros del personal de IC2 llegaron al campo 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 los de un sistema convencional.

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

Los vuelos de prueba ayudan a los fabricantes de aviones y drones a identificar qué partes del avión generan más ruido. El uso de cientos de micrófonos con cable hace que mejorar el diseño para cumplir con los requisitos de ruido sea un proceso costoso y que requiere mucho tiempo. (Imagen:NASA)

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

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

WirelessArray admite una variedad de sensores, por lo que un micrófono se puede cambiar fácilmente por un sensor óptico o una variedad de otros tipos. Cada unidad tiene su propia batería autocargable y panel solar, lo que permite un despliegue a largo plazo. El GPS incorporado mantiene el muestreo sincronizado en múltiples nodos y la comunicación inalámbrica permite a los usuarios descargar datos de forma remota y monitorear el estado de cada dispositivo. Las carcasas ambientalmente reforzadas de los nodos permiten tomar mediciones en cualquier clima sin protección adicional contra el polvo, la nieve o las temperaturas extremas.

Una startup que desarrolla un nuevo vehículo pilotado de forma remota ahora puede obtener datos sofisticados de pruebas de vuelo para identificar rápidamente problemas de ruido durante el despegue, el vuelo o el aterrizaje. Múltiples vuelos de prueba para cada modificación pueden acelerar el tiempo de comercialización porque el costo de configurar, operar y desmontar el sistema es muy bajo.

Todo lo que se necesita para operar un nodo individual o un conjunto extenso es un punto de acceso inalámbrico disponible en el mercado y una computadora portátil estándar cargada con la aplicación de software IC2. Los nodos también se integran fácilmente en los sistemas existentes.

Esta tecnología pequeña y portátil se está abriendo camino en una variedad de proyectos y aplicaciones más allá de las pruebas de aeronaves. IC2 está trabajando con un entomólogo para utilizar datos acústicos para escuchar los sonidos de alta frecuencia de los insectos en entornos agrícolas. Descubrir dónde se alimentan los insectos en los cultivos permitirá a los agricultores intervenir antes de que causen demasiado daño y, al mismo tiempo, limitar el uso de pesticidas en esas áreas.

Los investigadores están explorando formas de monitorear ratones y ratas en un entorno biológico cambiando el sensor acústico estándar que coincide con la audición humana por un sensor ultrasónico. Esto permitirá monitorear chirridos y otros sonidos que indican la salud y el bienestar de los animales. Un sensor ultrasónico similar podría monitorear la trayectoria de vuelo de aviones supersónicos, identificando cuando un estallido sónico se acerca a un área.

La tecnología se puede aplicar a cualquier cosa que genere sonido, recopilando datos según un cronograma preestablecido o bajo demanda. Turbinas eólicas, bancos de pruebas de motores de cohetes y observaciones medioambientales, como el nivel de ruido en los aeropuertos, son sólo algunas de las posibilidades. La NASA también podría utilizar este sistema para recopilar datos para diseños de aviones completamente nuevos.

"Hemos estado impulsando el lado acústico a medida que la aeronáutica avanza hacia conceptos más avanzados como el ala reforzada, tal vez propulsión eléctrica distribuida, u otros. Eso plantea la necesidad de pruebas de ruido y certificación de ruido para nuevas configuraciones", dijo Humphreys. Por lo tanto, los ingenieros de la NASA pronto podrían cambiar los semirremolques y los servidores por un par de minivans y computadoras portátiles.

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