Las rutas de vuelo de los aviones de pasajeros están generalmente bien establecidas. En la práctica, factores imprevistos, principalmente relacionado con el clima, a menudo obligan a los pilotos a cubrir más kilómetros de lo previsto. Un equipo polaco-colombiano de científicos e ingenieros, inspirado en el comportamiento de insectos y pájaros, ha desarrollado un software que permite la modificación racional en tiempo real de las rutas de vuelo. El sistema mostró ventajas económicas y medioambientales cuantificables.

La vida silvestre ha servido a menudo de inspiración para los científicos. Este fue el caso de los científicos e ingenieros del Instituto de Química Física de la Academia de Ciencias de Polonia (IPC PAS) en Varsovia y la Universidad Cooperativa de Colombia (UCC). El equipo utilizó su conocimiento interdisciplinario para optimizar las rutas de vuelo de las aeronaves. El objetivo era reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, Reducir la contaminación acústica y reducir los costes operativos. La tarea se llevó a cabo utilizando algoritmos que reflejan los rasgos característicos del comportamiento de abejas y cucos.

"En Varsovia, nos ocupamos principalmente de la catálisis. Recientemente, Se aplicaron métodos inspirados en soluciones encontradas en la naturaleza en el análisis de problemas catalíticos, "explica el profesor Juan Carlos Colmenares, del IPC PAS. "Estábamos interesados ​​en ver si podíamos utilizar nuestro conocimiento para optimizar la combustión de combustible en los motores de las aeronaves. Con nuestros socios de Colombia, empezamos a trabajar con un módulo, pero el programa comenzó a crecer rápidamente para incluir más teniendo en cuenta otros factores que afectan los patrones de vuelo ".

En desarrollo durante tres años, el software se ha preparado para establecer trayectorias de vuelo óptimas para aviones de corto alcance equipados con motores turboventilador con un volumen de combustión constante. Dentro de este grupo, cada tipo de aeronave está representado por un conjunto apropiado de parámetros. En el futuro, Los investigadores planean expandir el software con algoritmos y datos teniendo en cuenta las características específicas de las aeronaves con motores de otros tipos. El software ya incorpora una amplia gama de parámetros, relacionados no solo con el tipo de combustible utilizado, rendimiento del motor o aerodinámica, sino también a las rutas de vuelo originalmente asumidas, Perfiles de ascenso y descenso, longitud de las pistas del aeropuerto y topografía local. Los módulos de emisión química y sonora se ocupan de la optimización del impacto en el medio ambiente. El paquete cumple con los estándares de seguridad impuestos por la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI).

El corazón del software son dos algoritmos para encontrar posibles rutas de vuelo. El algoritmo básico utiliza principios vistos en la naturaleza en el movimiento de grupos de animales, especialmente en bancos de peces o enjambres de abejas. Cada individuo del grupo decide el próximo movimiento basándose en el conocimiento acumulado de los mejores lugares visitados por ese individuo y otros del grupo; también tiene en cuenta la inercia del movimiento.

En el paquete que optimiza las rutas de vuelo, las 'abejas' son varios puntos alrededor del avión, cada uno de ellos es tratado como un individuo separado que navega por el área. El algoritmo comienza a funcionar a partir de un enjambre de puntos que se mueven alrededor del avión. En las próximas iteraciones del algoritmo, las 'abejas' comienzan a agruparse alrededor del lugar óptimo en un momento dado, que se considera la siguiente etapa de la trayectoria de vuelo.

El segundo algoritmo para buscar la siguiente etapa del vuelo imita el comportamiento del cuco, un pájaro que pone sus huevos en los nidos de otros pájaros. Las rutas de vuelo diseñadas con el algoritmo del cuco se caracterizan por secciones rectas, girando rápidamente 90 grados.

"La gran ventaja del software que hemos desarrollado es el hecho de que funciona en tiempo real. Como resultado, el controlador de vuelo y el piloto reciben sugerencias de forma regular. No solo pueden tomar una decisión rápidamente, sino también de forma consciente, una vez que elija una ruta un poco más arriesgada, pero uno que sea más económico, en otras ocasiones optando por una ruta máximamente segura, pero tardando un poco más, "dice el Prof. Colmenares.

Para probar el software, los investigadores analizaron la efectividad de sus predicciones con respecto al popular avión Airbus A320 con motores CFM56-5, Sirviendo rutas de alrededor de 350 km con parámetros de vuelo típicos (velocidad de crucero 828 km / h, 39, 370 pies, etc.). Las simulaciones muestran que en situaciones no convencionales, las rutas propuestas por el software fueron, de media, unos 11 km más cortos que los típicos alternativos, delineado de la manera clásica sobre la base del plan de vuelo. Por último, la optimización permitió reducir los costos operativos totales de una máquina en un 1,16 por ciento.

"Las ganancias a un nivel no mucho mayor que el 1 por ciento no se ven particularmente bien. Nuestras simulaciones muestran, sin embargo, que en el caso de una aeronave única pero de uso frecuente, los ahorros durante un año pueden alcanzar incluso cientos de miles de dólares. ¡Y sin embargo, apenas estamos comenzando a expandir nuestro software y aún no está completamente optimizado! Entonces, en el futuro, podemos esperar ahorros ligeramente superiores a los pronosticados actualmente ... pero no debemos esperar milagros ", dice el Dr. Eng. Ramón Fernando Colmenares-Quintero, Prof. UCC.

En los próximos años se mejorarán las partes individuales del paquete que optimizan las rutas de los vuelos, y el paquete en sí se ampliará con nuevos módulos.