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Un dron… vuelo «eterno»

Ingenieros de la Universidad del Sur de Dinamarca han desarrollado una tecnología única que permite a un dron volar prácticamente para siempre sin regresar jamás a la Tierra.

Mecanismo de acoplamiento y detección.

Gracias a su mecanismo de acoplamiento, sensores y sistema de inteligencia artificial, el dron puede reconocer una línea eléctrica cada vez que necesita recargar sus baterías, acceder a cables de alta tensión, sobresalir desde abajo y absorber electricidad como una especie de avión.

«Vampiro» eléctrico.

«Los drones pueden esencialmente vivir en una red y operar de forma completamente autónoma durante largos períodos de tiempo sin necesidad de interacción humana», explicó el equipo de desarrollo por correo electrónico.

En 2017, Imad Obaid, profesor de la Universidad del Sur de Dinamarca (SDU), estaba investigando aplicaciones de drones cuando surgió la idea de utilizar líneas eléctricas para cargar drones. Le pareció un campo interesante para explorar cables eléctricos usándolo.

Aviones para inspeccionar líneas eléctricas

Obaid señaló que el actual proceso de inspección, que depende de helicópteros y personal de tierra, es costoso e ineficaz, según los desarrolladores de drones. Por lo tanto; El investigador imaginó este tipo de drones como una alternativa natural a los costosos esfuerzos de mantenimiento.

Sólo hay un problema: la duración de la batería de los drones es muy corta: 40 minutos como máximo, mientras que la mayoría de los modelos industriales reducen su duración a 30 minutos.

El plan de Obaid requería que una tripulación humana permaneciera cerca del dron. Esto anula el propósito de utilizar estas máquinas pequeñas e independientes. Por lo tanto; Para lograr una autonomía total, los drones deben cargarse fácilmente sin intervención humana. Resulta que la respuesta obvia estaba justo frente a Obaid: las líneas eléctricas.

Diseño «genial»

Garantizar que una aeronave no tripulada pueda detectar, capturar y absorber electricidad de una línea eléctrica de forma segura puede ser un problema de diseño difícil.

La primera cuestión que abordaron los investigadores fue cómo conectar los drones a la red eléctrica. “Por naturaleza, los drones no quieren entrar en contacto (físicamente) con nada más que el aire durante el vuelo y el suelo durante el aterrizaje… Entonces; «Cuando probamos algunas maniobras iniciales para conectar el dron a su línea eléctrica, a veces se comportaba de manera inesperada».

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Durante las pruebas, un piloto de seguridad experto se situó junto al dron para poder controlarlo; Cualquier error puede provocar daños graves e incluso un incendio forestal si el dron sobrevuela el bosque.

Después de varias pruebas, los científicos programaron el dron para que se acercara a la línea eléctrica desde abajo; Esto reduce el riesgo de colisión. A partir de ahí, tuvieron que descubrir cómo asegurar de forma segura el dron a la línea eléctrica.

Agarra las manijas

Los investigadores equiparon el dron con asideros, que son esencialmente un clip aislado que sujeta un cable de alimentación sin alimentar el dron. El mecanismo de sujeción no requiere que los motores estén encendidos. El software del dron activa un mecanismo electromagnético que reconoce cuando el mango está en su lugar y se mantiene unido; Esto conduce a una conexión segura a la computadora.

Este diseño sin motor es clave; Porque los diseñadores no quieren añadir peso extra ni puntos de fallo adicionales al sistema.

Cuando las baterías del dron están llenas, el circuito corta la energía, el imán deja de funcionar y el mango se abre para dejar que el dron vuelva a volar.

Fuertes desafíos

El desafío de diseño final fue cómo cargar la red eléctrica sin convertir el dron en una bola de metal y plástico en llamas. Los drones no pueden trepar por las líneas eléctricas y robarles energía.

Las líneas de transmisión típicas transportan energía entre 1.000 y 800.000 voltios. La electrónica de consumo, incluidos los drones, requiere inversores especiales para convertir la electricidad a un voltaje que sus baterías puedan soportar (alrededor de 9 voltios).

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Llevar un transformador no es una opción; Los transformadores de alto voltaje pesan cientos de toneladas. En cambio, los investigadores decidieron utilizar el acoplamiento inductivo. Todas las líneas eléctricas de alto voltaje pierden energía en forma de un campo magnético alrededor del cable.

El equipo de investigación explica: “La carga se realiza de forma inductiva y, por tanto, sólo depende de la corriente, no del voltaje, de la conexión eléctrica. Esto crea una corriente en el banco de energía del dron, una bobina de metal que actúa como el cargador inalámbrico de su teléfono. Luego, la corriente se utiliza para cargar la batería del dron. Dependiendo del voltaje del cable, el dron de 9,4 libras debería pasar entre 30 minutos y seis horas en la línea eléctrica.

Pruebas y pruebas

Finalmente, tras siete años de desarrollo, el dron está operativo. Los investigadores lograron todo y tuvieron éxito. Cuando el dron detecta que su batería de 7.000 mAh se acerca a su nivel más bajo, cambia al modo «búsqueda y captura». La cámara se activa, detecta una línea eléctrica cercana, maniobra debajo del cable y sube lentamente. La guía del cable se engancha y comienza a moverse hasta hacer contacto. Cuando se conecta al cable guía, el mango abierto apunta el dron hacia arriba para que quede correctamente conectado al cable de la línea eléctrica.

A medida que sube, la manija se cierra a ambos lados de la cubierta sobre el cable de alta tensión. Después de conectarse a la conexión eléctrica, el circuito de control magnético se activa para cerrar de forma segura la abrazadera. En este punto nuestro «vampiro eléctrico» comienza a absorber energía utilizando el cargador inductivo que inventó.

El equipo realizó pruebas del sistema en el aeropuerto HCA de Dinamarca, que demostraron que el sistema es funcional y eficaz. El dron realizó cinco sesiones de recarga sin intervención humana; Esto permitió dos horas de vuelo ininterrumpido, un gran salto con respecto a la duración habitual de 30 minutos.

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En teoría, el dron puede volar indefinidamente. El siguiente paso, según el equipo de ingeniería, es mejorar el sistema y su durabilidad para probarlo en condiciones climáticas adversas.

«El sistema será difícil de resistir y soportará voltajes muy altos», afirma el equipo. Para que una red de drones realmente funcione, debe ser muy robusta y confiable; Porque no supone una amenaza para la seguridad pública. También deberían adoptarse las medidas necesarias para evitar la interferencia y el contrabando.

Seguridad de la aviación

Los investigadores explicaron que los próximos pasos implicarán mucho trabajo de ingeniería y pruebas para verificar la funcionalidad y seguridad del sistema. Otras cuestiones, como quién pagará por la energía absorbida de las líneas, deben resolverse antes de que veamos la gran oportunidad de que los aviones vampiro surquen los cielos.

Los investigadores creen que las empresas de servicios públicos eventualmente utilizarán este tipo de drones para reducir el enorme costo de monitorear y mantener las líneas eléctricas.

Aunque el dron será un proyecto comercial y de investigación, no es difícil ver cómo el entusiasta promedio de los drones o cualquier industria en el futuro podría equipar sus drones.

«Hay alrededor de 40 millones de kilómetros de líneas eléctricas en todo el mundo, suficientes para dar la vuelta a la Tierra 1.000 veces, y la mayoría de ellas funcionan con corriente alterna», dice el equipo. Cualquier tipo de dron puede utilizar todas estas líneas para recargar; Proporciona todo tipo de redes 24 horas al día, 7 días a la semana, que cambiarán la forma en que industrias enteras monitorean, organizan y optimizan sus operaciones. Eso significa ahorrar dinero y salvar vidas en muchos casos, como en las operaciones de emergencia. Como dicen los inventores, las posibles aplicaciones y beneficios de esta tecnología son «tan vastos como la red eléctrica mundial».

* Revista “Fast Company” – Servicios “Tribune Media”

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