¿Cómo solucionar los embotellamientos a 120 metros de altura? La NASA busca liberar el espacio aéreo

La NASA y la Administración Federal de Aviación de Estados Unidos (FAA) trabajan estrechamente para revolucionar el control aéreo en la era de los drones.

“Por favor, evite acercarse a la línea de vuelo”, advierte Keith Hyde, director de operaciones estadounidenses de Wing. La seguridad es esencial en estos dos acres al final de la calle Welcome, en Christiansburg, Virginia, donde Wing opera desde 2019 el primer servicio de reparto con drones en Estados Unidos.

Wing, propiedad de Alphabet Inc., no tiene competencia en los cielos de Christiansburg, una ciudad de 22 mil habitantes no muy lejos de Virginia Tech. Sus drones están hechos de plástico liviano y poliestireno, pero aún pesan 4.5 kilos debido a los controladores, láseres, cámaras y paquetes de baterías necesarios para lograr su rango de ida y vuelta de 19 kilómetros. Esta mañana una decena de drones recargan a la espera de órdenes. La línea de vuelo está flanqueada por 11 contenedores. En los etiquetados como C1, C2 y C3 “duermen” los drones durante las horas libres. Los contenedores C3, C4, C5 y C6 contienen mercancía de socios como Walgreens, una cafetería local y un grupo de Girl Scouts del área, que confiaron en Wing para vender galletas durante la pandemia.

En el perímetro, Folake Adeshina, que lleva un casco, una mascarilla N95 y un chaleco de seguridad, espera una orden. Su tablet suena y mira la solicitud: café. El contenedor C6 está equipado con cafeteras, tazas, crema, azúcar y palitos para revolver. Adeshina llena dos vasos con café caliente y humeante. Mientras trabaja, el piloto al mando, un hombre identificado solo como P.J. que está en C11 detrás de una computadora, elige qué dron cumplirá la misión. El sistema ya calculó un plan de vuelo óptimo, pero la Administración Federal de Aviación (FAA) requiere un “piloto” para la misión, junto con un observador que supervise la operación desde una colina cercana. “El piloto al mando probablemente podría reemplazarse con un algoritmo de decisión”, dice Hyde mientras P.J. sonríe detrás de la ventana de su contenedor. (Hyde ya no trabaja para Wing).

P.J. no tiene culpa de ser humano, ni de que los humanos hayan causado la mayoría de los accidentes a lo largo de la historia de los viajes aéreos. La FAA ha intentado resolver la falibilidad de los pilotos y controladores de tráfico aéreo desde los albores de la aviación comercial. En un estudio de 1965, la agencia identificó las características clave de un controlador aéreo exitoso. Entre esos criterios: atención constante al trabajo; habilidad para organizar y hacer el uso más efectivo del tiempo, el equipo y la información disponible; tasa de mejora continua; y estabilidad emocional bajo presión.

Por dedicados que sean, P.J. y otros humanos en el sistema de aviación no pueden competir en esos terrenos con un algoritmo finamente ajustado. Entonces, desde la perspectiva de Wing, cuanto antes los humanos solo sirvan el café, más seguras y rentables serán sus operaciones.

Por ahora, el trabajo de P.J. está asegurado. El dron cobra vida, sus doce rotores lo elevan 6 metros desde la base, que tiene pintado su código QR. Se desplaza hacia C6, donde Adeshina pesa el pedido y lo guarda en una caja, agregando un pequeño cartón de agua como lastre. Una cuerda con un gancho de plástico baja desde el vientre del dron. La caja se engancha y el dron sube el paquete hasta tenerlo pegado a su cuerpo, se eleva a 55 metros, pasa a modo crucero y vuela a 70 mph. En algún lugar de Christiansburg, el destinatario podría estar monitoreando la ruta del café en la aplicación móvil de Wing. Al acercarse a su área de entrega preaprobada, el dron reducirá la velocidad, descenderá a 6 metros, bajará su cuerda y colocará su carga con cuidado en el suelo antes de volver a casa para recargarse.

Este proceso cuidadosamente controlado es un paso crucial hacia la construcción de uno de los elementos más complicados de una empresa de reparto con drones: la confianza del público. Los accidentes deben convertirse en (casi) una imposibilidad estadística antes de que la FAA certifique que drones como éstos operen ampliamente y antes de que las personas toleren el aumento del tráfico aéreo. Incluso los defensores más entusiastas de los drones admiten que un accidente inoportuno podría hacer retroceder años a la industria.

Sin embargo, si se logran las aprobaciones regulatorias, el mercado mundial de servicios de drones comerciales podría crecer de 20 mil 800 millones de dólares (mdd) en 2021 a alrededor de 500 mil mdd para 2028, según un análisis de GrandView Research Inc. Los diseñadores están preparando estas naves para ayudar con la entrega de paquetes de corta y larga distancia, la agricultura, la inspección de infraestructura, servicios de bomberos y policía, y más. Incluso podrían usarse para el traslado de pasajeros.

Las empresas que compiten por el espacio aéreo prometen que sus drones pueden ayudar a descongestionar las ciudades, descarbonizar el transporte y hacer que sea innecesario construir y mantener carreteras en áreas subdesarrolladas. Sin embargo, a pesar de los avances en la tecnología de propulsión eléctrica y de baterías, las proyecciones más optimistas para el vuelo de drones han tardado en materializarse. Han pasado casi 10 años desde que Jeff Bezos presentó el proyecto de reparto con drones de Amazon en el programa 60 Minutes, pero la tecnología sigue en la etapa de prueba de concepto, al menos en Estados Unidos.

Las exigencias de hardware, software e infraestructura son complejas, pero el desafío más grande bien podría ser dar el salto cuántico en el tráfico aéreo. En la actualidad, alrededor de 200 mil aviones y helicópteros están en uso activo en ese país, con alrededor de 5 mil 400 volando durante las horas pico; el número potencial de drones que podrían despegar es exponencialmente mayor.

Con miras a este futuro, la NASA y la FAA han estado colaborando desde 2017 para investigar y redactar nuevas reglas para el espacio aéreo estadounidense. El objetivo es acomodar millones de operaciones de drones por debajo de los 120 metros, así como aviones ligeros de pasajeros de próxima generación que combinan el pilotaje humano y algorítmico en altitudes de hasta mil 500 metros. El proyecto incluye una vertiginosa variedad de especificaciones que abarcan fuselajes, sensores, hardware de comunicaciones y ancho de banda, vertipuertos (es decir, aeropuertos para drones) y, lo más importante, el tráfico. La aeronave necesitará reglas que los humanos y las computadoras puedan seguir intuitivamente y que ayuden a determinar quién es responsable de los accidentes.

La red de drones requerirá una cooperación sin precedentes entre el gobierno y la industria. A los partidarios les preocupa que los reguladores se estén quedando atrás con respecto a los avances en la tecnología de la aviación, y citan los avances que otros países están logrando para integrar los drones en sus economías. A los críticos, por otro lado, les preocupa que la industria esté presionando a los reguladores para que aceleren el paso, subestimando la dificultad de introducir de manera segura millones de aeronaves nuevas en el espacio aéreo nacional. Si se hace mal, se podrían perder vidas. Si se hace bien, el sistema ganará la confianza del público, creará nuevas industrias y marcará la mayor evolución en el transporte estadounidense desde el sistema de carreteras interestatales.

En 2010, Mark Moore, un ingeniero de la NASA, publicó un libro blanco que mostraba que la propulsión eléctrica distribuida, que reemplaza los grandes motores de combustión con motores eléctricos más pequeños y eficientes, podría transformar la forma en que las aeronaves despegan, maniobran y aterrizan. La mayoría de los aviones tradicionales de pasajeros y de carga están diseñados para transportar la máxima cantidad de peso en la mayor distancia posible. Ese diseño, a su vez, determina la infraestructura requerida en tierra: centros regionales, nacionales e internacionales construidos en rutas planificadas y administradas por controladores de tráfico aéreo humanos.

La visión de Moore para los vehículos eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (evtol) consistía en cargas más pequeñas que volaban distancias más cortas. En la década posterior a la publicación de su estudio, los avances en los motores eléctricos, la capacidad de las baterías y la potencia informática hicieron viable esa visión. En 2017 dejó la NASA para asesorar a Uber Elevate con el taxi aéreo.

Este nuevo conjunto de tecnologías también significa cambiar las reglas sobre cómo se gestiona el tráfico aéreo. Hoy día, la mayor parte de la congestión ocurre a 3 mil metros sobre el suelo a unas pocas millas náuticas de los principales aeropuertos, en lo que se denomina espacio aéreo Clase B. Con la ayuda de los controladores, los pilotos comparten cuidadosamente este espacio aéreo hasta que alcanzan la relativa seguridad del espacio aéreo Clase A (por encima de 5 mil 500 metros) y, al final, la altitud de crucero (generalmente entre 10 y 12 kilómetros), donde hay muchas menos posibilidades de perjudicar personas o propiedades o colisionar con otra aeronave.

En el mundo de los evtol, por el contrario, miles de drones repartidores podrían volar a menos de 120 metros en el espacio aéreo Clase G, un estrato pequeño, actualmente no controlado. Justo encima de eso, cientos de drones de pasajeros, algunos autónomos, otros pilotados, podrían estar operando en el espacio aéreo Clase B, moviéndose a lo largo de rutas típicamente ocupadas por helicópteros. Pilotos como P.J. podrían estar supervisando docenas de estas operaciones a la vez, con la ayuda de computadoras para manejar la mayoría de las decisiones inmediatas.

La FAA vio que se avecinaban problemas en 2005, cuando los drones recreativos ingresaron por primera vez al espacio aéreo nacional. Sería responsabilidad de la agencia, junto con legislaciones locales, estatales y federales, determinar las regulaciones precisas y la infraestructura requerida para la operación segura de estos vehículos. Temas a debate: si los drones seguían las rutas de transporte existentes, como las ferroviaras y las carreteras; si serían libres de viajar a través del espacio aéreo privado; qué horas, altitudes y decibeles se les pedirá que observen. La gran cantidad de posibles vuelos de drones también generó problemas de privacidad y vigilancia. ¿Se le permitiría a la aeronave capturar imágenes fijas, video o audio? ¿Y cuánto tiempo podrían almacenarse esos datos?

La integración de drones con el sistema de control de tráfico aéreo requería una gran experiencia en aviación y destreza computacional. Afortunadamente, esa era la combinación distintiva del Centro de Investigación Ames de la NASA, un campus ubicado entre Moffett Field y Googleplex en Silicon Valley. “La gente olvida que la ‘A’ en NASA significa ‘Aeronáutica’”, dice Joey Rios, tecnólogo jefe de la división de sistemas de aviación en Ames. Los ingenieros de este complejo de túneles de viento, laboratorios y supercomputadoras han empujado todos los límites desde su fundación en 1939 para perfeccionar los aviones militares.

Rios se unió al proyecto de gestión de tráfico no tripulado de la NASA en 2014, un año antes de que la agencia se asociara formalmente con la FAA para trabajar en el problema. Gran parte del trabajo de este grupo consiste en analizar datos de vuelo teóricos y en tiempo real para crear modelos y simulaciones en 3D. “Es como una bola de arcilla intacta”, dice Rios, “Todos tienen una imagen de cómo debería verse una vez que hayamos terminado, pero tenemos que pasar por ese proceso de quitar las partes y obtener algo hermoso al final”.

Para que los drones sean comercialmente útiles, primero deben estar certificados para volar más allá de la línea visual de sus operadores, lo que requiere pruebas de que pueden volar de manera segura incluso si pierden potencia, conectividad o se encuentran con algo extraño. En 2016, la NASA comenzó a probarlos en un espacio aéreo no controlado y cada vez más poblado en seis lugares de Estados Unidos.

Al principio, los pilotos de prueba volaron drones en áreas rurales, pensando en su utilidad para la agricultura, la inspección de infraestructura, la extinción de incendios y otros trabajos peligrosos. Con un espacio aéreo casi vacío, Rios y sus colegas se enfocaron en diseñar reglas básicas para cosas como los horarios o el establecimiento de límites geográficos, tratando de que las pautas fueran lo suficientemente flexibles para adaptarse a entornos más complejos.

A partir de ahí, las pruebas avanzaron a exurbios y pueblos pequeños, donde los riesgos para la vida y la propiedad eran mayores, y luego a las áreas suburbanas donde los drones repartidores podrían convertirse en algo común. Fue entonces cuando los desafíos técnicos comenzaron a cruzarse con cuestiones de confianza. “Ahora te estás metiendo más en la percepción pública”, dice Rios. “Ya sabes, ‘Hay drones volando sobre mi cabeza’. ¿Cómo comienzas a asegurar el sistema y los vehículos para que la gente pueda tener la confianza de que será seguro?”

Entre rondas de pruebas, él y su equipo alimentaron con datos a la llamada “hiperpared”, un sistema de visualización impulsado por una supercomputadora que permite a los investigadores de Ames simular planes de vuelo en entornos 3D. Han organizado el cielo en autopistas y carriles virtuales codificados por colores (amarillo, rojo, azul y verde), cada uno con consideraciones y reglas particulares para la altitud, la velocidad y el derecho de paso. El espacio aéreo Clase G a menos de 120 metros, donde estará la mayor parte del tráfico de drones, está lejos del tráfico comercial, pero está cerca de algunas infraestructuras sensibles. Los drones podrían golpear el tendido eléctrico y los puentes.

En los terrenos escolares, la seguridad y la privacidad obviamente son de suma importancia. A las administraciones penitenciarias les preocupa que los drones puedan soltar contrabando en las cárceles. Entre 120 metros y 51. kilómetros, la altitud ideal para los drones de pasajeros y los taxis aéreos, la mayoría de las aeronaves comenzarían utilizando las rutas existentes para helicópteros y se expandirían solo cuando se demuestre que el sistema es seguro. Todo el tráfico a menor altitud aún necesita cooperar con el tráfico aéreo existente que vuela hacia y desde el espacio aéreo Clase B por encima de los 3 kilómetros.

Para complicar las cosas, las empresas están experimentando con una variedad de tamaños, formas y características de diseño. La NASA y la FAA están trabajando en estrecha colaboración con Boeing, Airbus, Amazon, FedEx, jefes de policía, bomberos y otros socios públicos y privados. Han realizado miles de horas de vuelos, transmitiendo datos sobre tasas de conectividad, precisión de aterrizaje, rendimiento de vuelo y más, para ayudar a las agencias gubernamentales y los fabricantes a perfeccionar sus regulaciones y diseños.

Fuente: El Financiero