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El mundo de los drones / CIENCIORAMA 1 Imagen tomada de http://techstory.in/wp-content/uploads/2016/06/Drone.jpg El Mundo de los Drones Ana Velázquez Olivera Los drones han causado gran furor últimamente porque son aeronaves pequeñas que pueden controlarse fácilmente desde un teléfono inteligente y porque son capaces de portar cámaras u otros dispositivos y sensores eléctricos, razón por la que se les usa en un sinnúmero de proyectos científicos y comerciales. ¿Existirán límites técnicos o de otra índole que mermen su desempeño o sólo la imaginación es el límite? Del uso bélico al doméstico Muchas personas piensan que los drones son una tecnología reciente, pero han sido ampliamente utilizados desde hace más de 50 años, y su desarrollo se remonta a poco más de 100; eso sí, con una historia casi completamente
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El mundo de los drones / CIENCIORAMA 1
Imagen tomada de http://techstory.in/wp-content/uploads/2016/06/Drone.jpg
El Mundo de los Drones Ana Velázquez Olivera
Los drones han causado gran furor últimamente porque son aeronaves
pequeñas que pueden controlarse fácilmente desde un teléfono inteligente y
porque son capaces de portar cámaras u otros dispositivos y sensores
eléctricos, razón por la que se les usa en un sinnúmero de proyectos
científicos y comerciales. ¿Existirán límites técnicos o de otra índole que
mermen su desempeño o sólo la imaginación es el límite?
Del uso bélico al doméstico
Muchas personas piensan que los drones son una tecnología reciente, pero
han sido ampliamente utilizados desde hace más de 50 años, y su desarrollo
se remonta a poco más de 100; eso sí, con una historia casi completamente
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circunscrita al área militar, hecho que provocó que su uso y funciones en
las guerras se ocultaran para tener ventajas sobre el enemigo.
A grandes rasgos se puede decir que la historia de los drones empezó
en la Primera Guerra Mundial y se usaban como simples objetos de
entrenamiento ya que la tecnología de ese momento no permitía que fueran
precisos. Después, como podían llevar cámaras se usaron para espionaje y
hoy son armas letales utilizadas en ataques selectivos, lo que los ha
convertido en una de las herramientas favoritas de los ejércitos de
numerosos países, sobre todo de EUA (ver “Drones al ataque, ya no hay
dónde esconderse”).
La NASA fue una de las primeras instituciones no militares que
desarrolló y usó drones. Sus investigaciones en este campo se iniciaron en
1969 con el programa PA-30, que consistía en controlar un avión desde una
estación en tierra, pero que llevaba un piloto por si algo fallaba. Más tarde
implementó nuevos programas para mejorar los diseños y la maniobrabilidad
de estas aeronaves. En 1990 dirigió un programa junto a otras industrias
para desarrollar tecnologías que ayudaran a abrir el mercado de los drones
y que dio buenos resultados, y continuó buscando resolver los principales
impedimentos tecnológicos y políticos que restringían su desarrollo.
Entre 1994 y 2003 la NASA mejoró el desempeño de los drones en
la investigación medioambiental, dotándolos de diversos sensores para la
toma de datos meteorológicos, y creando diseños capaces de volar a alturas
mayores a 30 km, con capacidad de volar hasta seis meses usando celdas
solares.
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Figura 1. Drone Pathfinder-Plus desarrollado por la NASA en 1998 y usado para demostrar
que se podía hacer despegar y aterrizar un dron de diseño ligero y frágil impulsado con
energía solar. Imagen tomada de
https://www.nasa.gov/sites/default/files/images/330269main_ED02-0161-1_full.jpg
El abaratamiento en los costos de los equipos electrónicos debido a la
encarnizada competencia por el desarrollo e innovación de los teléfonos
inteligentes, junto con la eliminación de costos excesivos en sensores,
softwares, baterías, fuselajes, tamaño, etc., dio paso a la apertura del
mercado de los drones, y ahora es posible conseguir aparatos pequeños,
silenciosos, ágiles y complejos, con todo tipo de cámaras. En 2015, la GfK,
una conocida firma dedicada a la investigación de mercados, estimó que se
vendieron 700 mil drones en los Estados Unidos, además de que los
mercados europeo y asiático ascendieron rápidamente. Para 2016 hubo un
nuevo record mundial de ventas no sólo de drones para uso civil sino para
uso militar, y 2017 promete seguir esta tendencia.
El líder mundial indiscutible en ventas y desarrollo de esta tecnología
es Estados Unidos, se estima que ha movido casi el 65% de las ventas de
este producto, seguido de lejos por China (5%), Australia (4%), Canadá (4%),
UK (4%) y Francia (3%).
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Drones para todo y para todos
Los drones de uso civil son cada vez más comunes y pueden implementarse
con sensores y equipo extra para un uso específico. Por ejemplo los hay
enfocados en el mapeo e imágenes terrestres, en la agricultura, inspección
y monitoreo, entrega y transporte de toda clase de productos, y
entretenimiento. Hay compañías que se dedican específicamente a la creación
de hardware y al diseño de drones con radares para crear mayor autonomía,
incluso los hay que pueden navegar sin que alguien los controle de manera
remota. Además hay quienes se dedican a la gestión del espacio aéreo de
los drones, a asegurarlos y a conectar a clientes con operadores de drones
según sus necesidades y cercanía.
Sin lugar a duda una de las ramas de la ciencia que más se ha
beneficiado de los drones es la cartografía, ya que con las cámaras precisas
y diferentes tipos de sensores son capaces de hacer mapeos muy detallados
en poco tiempo y a bajo costo, pudiendo incluso generar modelos en 3D.
Para esto los drones usan los principios de la fotografía aérea, según el
tamaño del área a cubrir y el detalle con que se necesite representarla.
Después se calcula el número de fotos para crear un mosaico y la forma
que debe tener el vuelo para cubrir esa área. Las fotos se toman cada
cierto tiempo de manera que haya una sobreposición mínima del 60% entre
foto y foto y así poder eliminar con un software todas las distorsiones
debidas al ángulo con que se toman las fotos, al movimiento de la aeronave
ocasionado por el viento y a la curvatura del planeta, y obtener así un
mapa con distancias reales.
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Figura 2. A la derecha el traslape que se necesita para crear un mosaico de fotografias
aéreas, imagen tomada de https://www.nrcan.gc.ca/ . A la izquierda la línea azul
representa la forma que debe seguir una línea de vuelo para crear sobreposición
fotográfica, imagen tomada de http://www.mmtequipos.com/fotogrametria.html .
Además con sensores láser dentro de los drones se pueden crear modelos
3D mediante nubes de puntos. Los sensores LIDAR (acrónimo en inglés de
Detección de Luz y Rango) emiten pulsos láser cada cierto tiempo y miden
el intervalo que tardan en chocar con un objeto, que es igual a multiplicar
el tiempo de vuelo por la velocidad de la luz, así se calcula la posición de
un punto a partir de sus coordenadas X y Y, y la altura Z. Cuando se
generan miles de datos se crean nubes de puntos y mientras más densas
sean pueden dar lugar a modelos 3D cada vez más exactos.
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Figura3. Nube de puntos creada por un s nsor LIDAR (acrónimo en inglés de Detección de
Luz y Rango), cada punto tiene datos de sus coordenadas x, y, y altura z. Imagen
tomada de http://www.renishaw.com/en/dynascan-s250--27332
Los mapas, mosaicos fotográficos y modelos 3D son información cartográfica
básica para estudios agrícolas, de ordenamiento territorial, forestales, de
suelos, mineros, geológicos, catastrales, de comunicaciones, etcétera.
Hay que tomar en cuenta que antes de la llegada de los drones para
cuestiones de mapeo sólo se tenía acceso a las fotografías aéreas
efectuadas por aviones y equipos fotográficos especializados y era muy difícil
actualizarlas por sus altos costos. Por otro lado, las imágenes satelitales de
alta resolución suelen ser caras y muchas veces ni siquiera están a la venta
al público, sino sólo a instituciones gubernamentales y comparadas con un
mosaico fotográfico de un dron, suelen verse no como imagen sino como
simples pixeles (ver “Landsat: breve historia en millones de imágenes I”, en
http://cienciorama.unam.mx/ ).
Pero no sólo la cartografía se ha beneficiado, la cantidad de usos
que se les da a los drones se amplía cada vez más y éstos ya se usan en
la minería para exploración y para cálculo de extracción, o en el control de
obras y evolución de impactos. Otras aplicaciones son por ejemplo cuando
se revisa un puente o los cables de alta tensión, en acciones de salvamento
y rescate, y en caso de inundaciones, incendios forestales, huracanes,
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tornados, etc., en evaluación de daños, en derrames petroleros, en el
periodismo, la publicidad, el cine y para tomar datos meteorológicos. Muchos
aficionados incluso organizan peleas con drones; algunos departamentos de
policía los usan para revisar accidentes en carreteras y para vigilancia de
fronteras. Se han hecho prototipos de drones para enviar ayuda médica
inmediata, para ver el estado de los cultivos y fumigarlos; y claro para el
reparto de mercancía.
Figura 4. A la izquierda un prototipo de dron ambulancia capaz de llevar un desfibrilador
en un tiempo récord a las víctimas de un paro cardíaco. A la derecha un dron
esparciendo pesticida en una granja en Bozhou, China.
De hecho una de las primeras cosas que se entregó con éxito fue cerveza,
ésta se envió en enero de 2014 a pescadores que se encontraban en
cabañas ubicadas en un lago congelado en Minnesota, un suceso muy
sonado que se transmitió por You Tube, pero ahí se acabó el negocio
porque cuando la Administración Federal de Aviación (FAA) de EUA vio el
video se puso en contacto con esta compañía y le dijo que detuviera todos
los envíos, el sueño terminó muy rápido.
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La legislación en torno a los drones
Estados Unidos fue el primer país en legislar sobre el uso de los drones, en
gran medida porque la rápida innovación de esta tecnología podía ser muy
peligrosa para su seguridad nacional, ya que es muy fácil adquirirla y está
comprobado que es excelente para el espionaje. Por otro lado, mucha gente
empezó a emitir quejas por violaciones a la privacidad y éstas no podían
ser procesadas por los vacíos legales.
Así fue como a finales de 2015, la FAA prohibió el uso de drones
para fines comerciales sin contar con un permiso emitido por la misma,
además de una licencia de pilotaje de drones, lo cual ocasionó muchos
problemas, entre ellos la demora del trámite y su aprobación ya que se
hacía caso por caso. Sólo los aficionados podían volar aviones no tripulados
sin problemas pero con limitaciones: con vehículos pequeños de menos de
25 kilos, a menos de 120 metros de altura, teniendo prohibido cruzar zonas
pobladas o cercanas a aeropuertos, etc.
La Unión Europea y muchos países asiáticos, especialmente China,
también han legislado sobre este rubro, y sus legislaciones son muy
parecidas a las de EUA aunque un poco más relajadas porque su capacidad
de aplicación es menor. De hecho varias compañías sitúan sus centros de
experimentación sobre todo en Europa. Como dato curioso distintos analistas
han apuntado que empresas como Amazon utilizan la campaña de futuras
entregas de mercancías con drones principalmente como una estrategia de
marketing que mantiene a los usuarios muy emocionados.
Y México no es la excepción, también emitió su propia legislación en
abril de 2015, a través de una circular elaborada por la Secretaría de
Comunicaciones y Transportes, que establece las diferentes restricciones para
volar drones. En ella los drones se agrupan en tres categorías: menores de
2 kg (micro), entre 2 y 25 kg (ligero) y las que exceden esta cifra (pesado).
Sólo los primeros pueden ser operados sin necesidad de permiso de la
DGAC (Dirección General de Aeronáutica Civil), pero si son usados con fines
comerciales deben contratar un seguro de daños a terceros.
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Por suerte estas restricciones no han limitado el desarrollo científico
con drones en el país y en febrero de 2016 la UNAM a través del Instituto
de Geografía, organizó el primer Simposio de Aplicaciones Científicas y
Técnicas de los Vehículos No Tripulados, donde se reunieron varias
instituciones gubernamentales e instituciones educativas y de investigación y
se habló desde de la legislación mexicana sobre el uso y manejo de los
drones, hasta sus nuevos usos en la ciencia y la implementación de materias
enfocadas a esta tecnología para que nuevas generaciones empiecen su
armado y desarrollo.
Proyectos fracasados
No todo es color de rosa en el mundo de los drones, ya existen proyectos
científicos y comerciales que han fracasado quitándoles el halo de
magnificencia y superioridad, y poniéndolos en su justo lugar: una
herramienta con muchas aplicaciones que sin embargo tiene sus límites como
cualquier otra. Uno de los mayores fracasos fue en la Central Nuclear de
Fukushima, donde ocurrieron tres colapsos nucleares con sus respectivas
explosiones químicas que crearon un agujero en el techo del edificio y la
liberación de material radiactivo, cosa que se agravó posteriormente porque
el combustible almacenado en las piscinas de enfriamiento se sobrecalentó
y liberó aún más material radioactivo. Este hecho se debió al terremoto de
9.1 grados Richter ocurrido el viernes 11 de marzo de 2011, que
desencadenó un enorme tsunami que afectó a muchas regiones costeras de
Japón, incluyendo a la central, y que cobró poco más de 18,000 vidas
humanas.
Se han tratado de enviar drones para analizar de cerca cómo sigue
el reactor, sin embargo pese a que Toshiba se encargó de crear drones
capaces de soportar hasta 73 Sieverts de radiación y operar por hasta cinco
días, se llevaron un chasco porque los drones “mueren” después de menos
de un día de exposición en la zona, y si tratan de acercarse al reactor
“sobreviven” menos de tres horas. Esto no es raro pues recientemente se
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han detectado niveles de radiación de 530 Sieverts capaces de afectar
cualquier circuito electrónico hasta dejarlo inservible. Para poner esto en
perspectiva, si una persona es expuesta a 10 Sieverts de radiación, moriría
en apenas una semana.
Otro de los fracasos ocurrió en el Parque Kruger, la reserva más
grande de rinocerontes del mundo ubicada en Sudáfrica. Este parque
implementó un programa de combate con drones a cazadores furtivos, pues
las cifras de rinocerontes asesinados son alarmantes. Se estima que en los
últimos cuatro años murieron por esta causa casi 4,500, y sólo para obtener
sus cuernos valuados en el mercado negro hasta en 60,000 dólares el kilo.
Los cazadores furtivos arrancan de cuajo los cuernos y dejan desangrarse
a los animales hasta que mueren o hasta que una patrulla los encuentra y
les practica la eutanasia; no hay manera de salvarles la vida. El programa
con drones fue inútil, ya que no se detectó a ningún cazador furtivo ni se
detuvo a nadie. Esto se debió básicamente a la gran cantidad de animales
que se mueven por el parque y a que las cámaras térmicas fueron incapaces
de diferenciar entre el calor irradiado por un ser vivo y por una roca. Esto
parece absurdo pero las altas temperaturas en el parque Kruger provocan
que las rocas desprendan mucho calor que se confunde con el calor corporal
de los animales.
Por su parte Alphabet, una filial de Google, ha dado por terminado su
ambicioso programa de drones solares, que eran capaces de volar más de
una semana mientras tomaban fotos de la superficie terrestre y proveían
acceso a Internet en lugares remotos. Google insiste en que no van a dejar
de impulsar el acceso gratuito a Internet en zonas que no gozan de conexión,
pero lo harán a través del Proyecto Loon, que utiliza globos aerostáticos y
que ha resultado ser mucho más viable técnica y económicamente.
Un futuro apocalíptico
Dada la facilidad con que los drones pueden utilizarse para violar la
privacidad de terceros, muchas personas se han fijado la meta de deshacerse
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de ellos. Esta actitud llevada al extremo surgió en la ciudad de DeerTrail,
Colorado, donde se convocó a una votación para saber si su ciudadanía
aprueba o no la expedición de licencias para “abatir” drones. Sin embargo
estas licencias para cazar drones son un poco exageradas pues las personas
que las promocionaron presagiaban un mundo apocalíptico donde se verían
enjambres de drones por todas partes. Tal parece que estos ciudadanos no
saben que los drones con mayor capacidad de espionaje y que se dedican
a los ataques selectivos, muchas veces ni siquiera se presentan a alturas
que pueda alcanzar un simple rifle.
Pero ellos no son los únicos que quieren combatir a los drones, tanto
la policía de Francia como la de Holanda ya cuentan con águilas entrenadas
específicamente para la caza de drones, lo cual increíblemente ha dado muy
buenos resultados.
Quizá el mayor reto para continuar con el desarrollo de drones civiles
son las regulaciones a las que se enfrentan, ya que éstas han frenado una
buena cantidad de proyectos, sobre todo independientes. Uno de los sectores
más lastimados es el periodismo principalmente de EUA y los pequeños
comercios, ya que la mayoría tardan demasiado en conseguir permisos y
tienen muchas restricciones. Una de las restricciones más importantes es el
tamaño permitido del dron, pues su ligereza los vuelve más vulnerables a
los fenómenos atmosféricos. Esto ha obstaculizado el desarrollo legal de
drones más grandes y estables, que permitan mayor precisión. Tal parece
que el fin de estas políticas es que los ejércitos puedan monopolizar esta
tecnología, pero el número de compañías que desarrolla drones crece cada
año, así que será interesante ver quién gana.
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Figura 5. Águila entrenada para la caza de drones. Imagen tomada de
https://static01.nyt.com/images/2016/05/29/world/25eagles-web/25eagles-web-
facebookJumbo.jpg
Los problemas que sufren los componentes electrónicos y los seres vivos al
ser expuestos a la radiación aún no se han resuelto con la ciencia y en
Fukushima no sólo fallaron los drones sino todos los dispositivos electrónicos
que se han enviado a la central nuclear (ver “Más rápido que la luz...” en
http://cienciorama.unam.mx/ ), y si un componente electrónico no puede
soportar estar cerca del lugar del desastre y un ser humano está destinado
a morir si se acerca, ¿cómo se va a limpiar y arreglar esa catástrofe?.
Referencias
• Esteban Herreros, José Luis (coordinador), Los drones y sus aplicaciones en ingeniería
civil, Editores Dirección General de Industria, Energía y Minas de la Comunidad de
Madrid y Fundación de la Energía de la Comunidad de Madrid, Madrid, 2015.
• Higuera, Armando Peralta (coordinador), Simposio de Aplicaciones Científicas y
Técnicas de los Vehículos no Tripulados, Instituto de Geografía, UNAM, México, 2016.
• Civil UAV AssessmentTeam de la NASA (2006). Earth Observations and the Role of
UAVs: A Capabilities Assessment. Version 1.1. Suborbital Science Program Manager
NASA, EE.UU.
• https://www.nrcan.gc.ca/earth-sciences/geomatics/satellite-imagery-air-photos/10782
• http://www.independent.co.uk/news/world/robots-fukushima-nuclear-disaster-dying-
probe-clean-up-tepco-toshiba-reactor-nuclear-radiation-a7612396.html
• https://www.faa.gov/uas/
El mundo de los drones / CIENCIORAMA 13
• http://www.sct.gob.mx/fileadmin/DireccionesGrales/DGAC-archivo/modulo3/co-av-23-
10-r3.pdf
• https://elpais.com/elpais/2017/03/31/ciencia/1490957765_514434.html
• http://fortune.com/2017/02/22/drones-eagles-france/
