Los ingenieros de Caltech han desarrollado un nuevo algoritmo de control que permite que un solo dron conduzca a una bandada entera de pájaros fuera del espacio aéreo de un aeropuerto. El algoritmo se presenta en un estudio en Transacciones IEEE sobre robótica .

El proyecto se inspiró en el "Milagro en el Hudson, "cuando el vuelo 1549 de US Airways chocó contra una bandada de gansos poco después del despegue y los pilotos Chesley Sullenberger y Jeffrey Skiles se vieron obligados a aterrizar en el río Hudson frente a Manhattan.

"Los pasajeros del vuelo 1549 solo se salvaron porque los pilotos eran muy hábiles, "dice Soon-Jo Chung, un profesor asociado de aeroespacial y Bren Scholar en la División de Ingeniería y Ciencias Aplicadas, así como un científico investigador del JPL, y el investigador principal del proyecto de pastoreo de drones. "Me hizo pensar que la próxima vez no tendría un final tan feliz. Así que comencé a buscar formas de proteger el espacio aéreo de las aves aprovechando mis áreas de investigación en autonomía y robótica".

Las estrategias actuales para controlar el espacio aéreo incluyen modificar el entorno circundante para hacerlo menos atractivo para las aves, usar halcones entrenados para ahuyentar a las bandadas, o incluso pilotear un dron para asustar a los pájaros. Estas estrategias pueden ser costosas o, en el caso del dron pilotado manualmente, poco confiables, dice Chung, quien es investigador en el Centro de Sistemas y Tecnologías Autónomos de Caltech.

"Al arrear pájaros lejos de un espacio aéreo, tienes que tener mucho cuidado al colocar tu dron. Si esta muy lejos no moverá el rebaño. Y si se acerca demasiado corre el riesgo de esparcir el rebaño y hacerlo completamente incontrolable. Eso es difícil de hacer con un dron pilotado ".

El pastoreo se basa en la capacidad de administrar un rebaño como un solo, entidad contenida — manteniéndola junta mientras cambia su dirección de viaje. Cada ave de una bandada reacciona a los cambios en el comportamiento de las aves más cercanas. El pastoreo efectivo requiere una amenaza externa; en este caso, el dron:para posicionarse de tal manera que anime a las aves a lo largo del borde de una bandada a hacer cambios de rumbo que luego afecten a las aves más cercanas a ellas, que afectan a las aves más adentro de la bandada, etcétera, hasta que todo el rebaño cambie de rumbo. El posicionamiento debe ser preciso, sin embargo:si la amenaza externa se vuelve demasiado entusiasta y se precipita sobre el rebaño, los pájaros entrarán en pánico y actuarán individualmente, no colectivamente.

En 2013, mientras era profesor asistente en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, Chung recibió un premio CAREER de la National Science Foundation para abordar el problema. Originalmente, Chung tenía la intención de construir un autoguiado, robot aleteador cuyo vuelo imitaría al de un halcón, imaginando que el diseño bioinspirado lo haría aún más efectivo para controlar las bandadas al presentarles una amenaza de apariencia natural. Si bien el trabajo en esa dirección produjo un estilo de dron completamente nuevo, el "Bat Bot" que Chung dio a conocer en 2017, descubrió que un dron quadrotor estándar era igual de efectivo para pastorear aves.

Enseñar al dron a pastorear de forma autónoma, Chung y sus colegas, incluyendo a Aditya Paranjape del Imperial College London, uno de sus antiguos alumnos de posgrado, estudió y derivó un modelo matemático de dinámica de bandadas para describir cómo las bandadas construyen y mantienen formaciones, cómo responden a las amenazas a lo largo del borde del rebaño, y cómo luego comunican esa amenaza a través del rebaño. Su trabajo mejora los algoritmos diseñados para pastorear ovejas, que solo necesitaba trabajar en dos dimensiones, en lugar de tres.

"Estudiamos cuidadosamente la dinámica de las bandadas y la interacción entre bandadas y perseguidores para desarrollar un algoritmo de pastoreo matemáticamente sólido que garantice la reubicación segura de las bandadas utilizando drones autónomos". "dice Kyunam Kim, becario postdoctoral en aeroespacial en Caltech y coautor del artículo del IEEE.

Una vez que pudieron generar una descripción matemática de los comportamientos de bandadas, los investigadores lo hicieron ingeniería inversa para ver exactamente cómo responderían las bandadas a las amenazas externas que se acercan, y luego usó esa información para crear un nuevo algoritmo de pastoreo que produce rutas de vuelo ideales para que los drones entrantes alejen a la bandada de un espacio aéreo protegido sin dispersarla.

"Mi investigación anterior se centró en naves espaciales y enjambres de drones, que resultó ser sorprendentemente relevante para este proyecto, "Dice Chung.

El equipo probó el algoritmo en una bandada de pájaros cerca de un campo en Corea y descubrió que un solo dron podría mantener a una bandada de docenas de aves fuera de un espacio aéreo designado. La efectividad del algoritmo solo está limitada por el número y tamaño de las aves entrantes, Chung dice:agregando que el equipo planea explorar formas de escalar el proyecto para múltiples drones que se ocupan de múltiples bandadas.