UAV
Asaltar los cielos

Son las 10 de la mañana del 22 de agosto y en el Laboratorio de Técnicas Aeroespaciales se afinan los últimos detalles para el traslado al Club de Aeromodelos de Concepción, donde se efectuará una nueva prueba de vuelo del GIANT III, uno de los prototipos de avión no tripulado (UAV, por su sigla en inglés de un Manned Aerial vehicle), desarrollados en la Universidad.

Ya en el lugar y antes del despegue, un estudiante toma nota de una serie de datos que se registran en cada ocasión: dirección del viento, hora, cantidad de combustible, entre otros.

La bitácora dice que se trata del vuelo 26.

Detrás de esta cifra hay un largo camino que partió hace 5 años, cuando se constituyó el Grupo de Interés en Aviones no Tripulados (GIANT), con alumnos de las ingenierías civil Aeroespacial, Electrónica, en Telecomunicaciones e Informática.

El profesor Frank Tinapp, uno de los directores del Grupo, venía llegando de Alemania para integrarse a la recién creada carrera de Ingeniería Aeroespacial.

“Antes existía un grupo de alumnos de Ingeniería Mecánica que se entretenían trabajando con un avión en sus horas de ocio”, dice. Era un avión prearmado y a control remoto, como los que usan los aeromodelistas.

Ya comenzaba a prefigurarse un interés por los UAV. Así se creó el grupo especial con la idea de que los alumnos pudieran, por un lado, crear para aprender, y por otro aplicar los conocimientos de su especialidad en este tipo de vehículos.

Lo primero fue rearmar el viejo avión. “Era algo más bien artesanal. Hubo buena respuesta de los alumnos de Ingeniería Mecánica, los de Aeroespacial estaban aún en pañales”.

Más adelante, a la nave se le instaló un autopiloto (un sistema electrónico con que el avión es capaz de controlar la velocidad, la altura y la navegación de manera autónoma).

“Con ayuda de los alumnos logramos dejar volando el avión solo, con el autopiloto”.

Luego, fue necesario pensar en la “carga útil” de la nave. En los UAV esta carga son dispositivos, como sensores, con los que se pueden realizar monitoreos, rastreos, etc. “Instalamos una webcam con un pequeño transmisor de video en tierra para ver lo que la cámara registraba”.

Todo esto fue hecho en el lapso de un año con el mínimo de recursos. Se cumplía la primera etapa del asalto al cielo.

Los prototipos

Tras las primeras experiencias, el grupo se focalizó en desarrollar un proyecto para construir un UAV. Hoy existen dos prototipos operativos, el GIANT III y el GIANT IV, y hay un tercero en construcción. Todo resultado de “una iniciativa netamente académica; algo universitario, algo que hemos logrado sin un solo aporte externo, con el esfuerzo de los alumnos, la buena voluntad de la Facultad y el apoyo del departamento de Ingeniería Mecánica”, señala Tinapp.

En esta fase los esfuerzos han estado dirigidos a mejorar todo el sistema, abandonando la idea de trabajar en un “juguete”, para situarse en el terreno profesional, con un producto con posibilidades de prestación de servicios y/o comercialización.

Los prototipos se parecen algo al primer avión, pero han sido completamente pensados, adaptados y construidos en el taller por los alumnos, sobre la base del diseño del primer avión del grupo, una nave de entrenamiento para vuelo a control remoto. La estructura, que está construida íntegramente en madera y cubierta por una delgada capa de un plástico termoretráctil, presenta importantes modificaciones que apuntan a optimizar el espacio disponible para la instalación del sistema de control de vuelo y la carga útil.

Dos de los aviones están actualmente operativos. Cuentan con nuevos sistemas de autopiloto que, además de ser más pequeños, presentan la ventaja de estar abiertos a integrar ideas propias, cambios en los sistemas de control, otorgando mayor independencia a los proyectos estudiantiles.

El GIANT III es el “caballito de batalla” del grupo. Está dotado de una cámara fotográfica de alta resolución que recoge imágenes durante los vuelos, un sistema de transmisión de datos de alta potencia con el que se intenta aumentar el radio de operaciones. “Hemos trabajado mucho en lo que son las antenas de comunicación, ahora estamos con antenas direccionales parabólicas para mejorar la performance”, lo que apunta a aumentar la distancia que puede cubrir el avión.

El prototipo pesa 11 kilos y medio, tiene una envergadura de 2.165 m. y un largo de 1.77 m. Puede volar de forma autónoma por 1 hora (límite que pone la cantidad de combustible que puede transportar) y, de acuerdo a la capacidad de los sistemas de transmisión, puede operar en un radio de 4 kilómetros. Las antenas direccionales permitirían ampliar ese rango a 20-25 kilómetros.

La máxima altura que puede alcanzar son 1200 pies (340 metros) que es hasta donde alcanza el límite del espacio aéreo no controlado. Dependiendo de la potencia del motor, estos vehículos pueden llegar hasta 4 mil metros si existiera permiso para volar en el espacio aéreo controlado.

Son todos parámetros que el Grupo considera a la hora de mejorar los prototipos que nunca son considerados proyectos terminados. Hay que avanzar en la disminución del peso (existe una línea de trabajo paralela de diseño en material compuesto de fibra de vidrio y de carbono), la generación de más espacios, en mejorar los sistemas de comunicación y la eficiencia de los sistemas de propulsión, el control de los autopilotos (incluso existe la idea de crear un sistema propio de control de vuelo), entre otros muchos aspectos.

La comunidad de los UAV

El trabajo en el GIANT es absolutamente voluntario. Ningún estudiante recibe un beneficio en sus notas por participar en él. El núcleo duro lo forman unos 10 estudiantes, Tinapp y el profesor Eligio Amthauer (departamento de Ingeniería Eléctrica), también parte de la dirección.

Cada semana hay un desayuno en el que se discuten y analizan temas relativos a los proyectos, se conocen los avances en las tareas y se programan otras, todo dirigido a perfeccionar el sistema. Es una suerte de taller, pero con una organización horizontal y multidisciplinaria, no hay una asignación de actividades desde los directores. “Sólo planteamos problemas y cada alumno desde su área propone soluciones y metas”, acota Tinapp.

Para el doctor en Ingeniería Aeroespacial, este grupo está creando una suerte de elite, que se ha entrenado en una forma de trabajo creativa e independiente.

Más aún, agrega el encargado del Laboratorio, José Abascal, se han visto obligados a desarrollar aptitudes “que ni siquiera sabían que tenían, que descubren acá”.

Tinapp afirma que los jóvenes que integran el GIANT “son generalmente los mejores alumnos, han logrado desarrollar una autonomía de trabajo, formas de investigar, de insistir en lo que están haciendo”. Esto, agrega, los pone en la situación de aprender “mucho más allá de lo que les entregamos en los cursos”.

En medio del ronronear del motor, que llena el espacio tras un sólido despegue, Marcos Elgueta puede dejar de lado las notas en la bitácora y confirmar la apreciación del académico. Alumno de Ingeniería Aerospacial, es parte de GIANT hace 3 años. Partió estudiando nociones básicas de un avión y los temas generales de su carrera, para después integrarse en algunas tareas. «Lo más importante fue la aplicación de un sistema de administración de alimentación para este avión (el GIANT III) con interruptores para autopilotos, servos, cámaras, etc.; todas esas placas y circuitos se diseñaron en el Laboratorio y yo fui partícipe de eso».

Para Marcos la participación en el grupo ha sido «estratégica» en su formación, porque al llevar la teoría a la práctica en el proyecto le ha permitido tener una mayor comprensión de su carrera. Con ese aval, se apresta a iniciar una estadía de 6 meses en la Universidad de Delft, donde trabajará en un proyecto de diseño de aeronaves, para optimizar el diseño a nivel industrial y lograr su construcción.

También es el aspecto práctico lo que valora Oscar Rosas, de Ingeniería Civil Electrónica, quien está desarrollando su tesis, en el área de control de vuelo, al alero del Grupo. «Muchas veces en ingeniería trabajas en el computador, con análisis y simulaciones, y uno se pierde un poco. Aquí es posible trabajar con el avión, hacer todos los experimentos de vuelo, pensar en los cambios... es súper útil como ingeniero, es una oportunidad de llevar lo del papel, lo teórico, a lo real».

El interés forestal

Los UAV han estado limitados a usos militares, pero sus aplicaciones en el mundo civil pueden ser innumerables: detección de incendios forestales, control de tráfico de animales en frontera o de tráfico vehicular, ubicación de personas durante catástrofes, evaluación de recursos, entre otros, para los cuales se aplican distintos tipos de dispositivos (cámaras de video o fotografía y sensores de distinta naturaleza).

Los mayores desarrollos se encuentran en Israel y Estados Unidos, pero con costos altísimos y niveles de gran sofisticación. En Chile, la Academia Politécnica Aeronáutica estuvo desarrollando algunos proyectos, que han sido suspendidos.

El mérito del grupo es haber tomado un nicho que va en otra dirección y otra escala, despertando el interés de empresas forestales que han manifestado su interés en desarrollar un proyecto conjunto para aplicaciones propias.

“Nosotros somos capaces de diseñar algo nuevo y optimizarlo de acuerdo a la misión, es el gran plus que tenemos con respecto a una compra de equipos que pueden ser más sofisticados, pero tal vez no muy eficientes”, señala Tinapp.

Camino de regreso a la Universidad, el académico adelanta que en los próximos meses comenzarían a concretar con alguna forestal la idea del proyecto, con el que se cumple el anhelo del Grupo de “sacar el avión del laboratorio”.

Durante todos estos años el GIANT ha sido una plataforma de desarrollo para los alumnos. Ahora se da un paso más. “Estamos orgullosos de que algo tan rústico, tan artesanal, pueda ser útil. Para ellos (las empresas) ya es interesante y útil…pensamos que faltaba mucho para esto”. Esto da pie para pensar en un emprendimiento en la construcción de naves, la prestación de servicios o la comercialización. Este sería el aterrizaje perfecto.