Autoría de Josué• 27 junio, 2021• 5:45 pm• Desde la UNAM

¿En qué se parecen los drones, los robots aspiradora, los robots submarinos y los vehículos espaciales? – Eduardo Espíndola López

Más allá de la respuesta obvia que es, que los robots submarinos, los robots aspiradora, los drones y los vehículos espaciales tienen componentes electrónicos, programación y luces led. Lo cierto es que estos dispositivos comparten características más profundas desde un punto de vista fisicomatemático y de la teoría de control.

De hecho, en física se podrían englobar estos dispositivos como cuerpos rígidos, siempre que no tengan partes flexibles. Así, al estudiar la dinámica y cinemática de un cuerpo rígido, se obtendrían las ecuaciones matemáticas que describen el comportamiento de cualquiera de los dispositivos en cuestión. Por ejemplo, considere la Fig. 1, en donde se muestra un cuerpo rígido y dos marcos de referencia. El marco I se toma como referencia, a partir de la cual se mide la posición del cuerpo rígido (marco B), así como su orientación. El marco B se considera fijo al centro de masa del cuerpo rígido, mientras que el marco I se fija a algún punto en la Tierra.

Entonces, el movimiento del cuerpo rígido se estudia respecto al marco I. Además, dependiendo de donde se ubica este marco y la fuente que provoca el movimiento y/o rotación del marco B, se puede referir a un dispositivo u otro.
En el caso de los drones, el marco de referencia I puede estar fijo a la superficie de la Tierra, en donde se harán las pruebas de vuelo (ver Figura 2). Además, las hélices en los motores del dron provocan el movimiento y rotación de este, en el aire.

Los robots aspiradora forman parte de los denominados robots móviles, los cuales utilizan normalmente motores con ruedas para trasladarse y rotar sobre su propio eje, a través del piso. Su aplicación más conocida es la de robots aspiradora, sin embargo, se utilizan actualmente en la industria para trasladar paquetes de forma organizada, entre otras aplicaciones. En cualquier caso, se puede describir el movimiento del robot como un cuerpo rígido (ver Figura 3).

Los robots submarinos son utilizados ampliamente en la exploración marina, donde es limitado el acceso a los humanos. Estos son equipados con motores que hacen girar turbinas provocando el movimiento y rotación controlada del submarino, a través del agua. En este caso, se puede considerar un marco de referencia en alguna coordenada específica de la superficie marina, como se muestra en la Figura 4.

Un vehículo espacial es aquel dispositivo que requiere orientación y/o traslación automática para cumplir una misión en el espacio. Algunos ejemplos son: los satélites, las sondas y los telescopios espaciales. Estos dispositivos utilizan normalmente propulsores de gas para rotar y trasladarse a través del espacio vacío. Por lo que, su movimiento se mide respecto a un marco de referencia fijo al centro de la Tierra como se muestra en la Figura 5.

Por tanto, aunque sus aplicaciones son totalmente distintas, los cuatro tipos de dispositivos comparten una parte muy importante: las ecuaciones matemáticas que describen su movimiento. De tal manera que las pequeñas diferencias entre sus ecuaciones se deben a la relación que hay entre sus actuadores (motores, propulsores, etc.) y la fuerza que provocan para rotar o trasladar al dispositivo a través de su respectivo medio. Ya sean, aéreos con motores y hélices, terrestres con motores y ruedas, submarinos con motores y turbinas o espaciales con propulsores de gas. La fuerza que ejercen se traduce en una traslación y/o rotación del cuerpo rígido, siendo sus ecuaciones de movimiento, prácticamente iguales.

Así, actualmente en la Unidad de Alta Tecnología de la Facultad de Ingeniería de la UNAM, se estudia el control de orientación y traslación de vehículos espaciales, utilizando drones como plataforma de prueba para los algoritmos de control.