La tecnología de drones está en constante evolución ya que las nuevas innovaciones y las grandes inversiones están trayendo drones más avanzados al mercado cada pocos meses. Ver cómo funcionan los drones es un primer paso para comprender la tecnología que soportan.

A continuación, analizamos la tecnología de UAV en los drones más populares del mercado, que cuentan con la última tecnología de drones. La mayoría de los drones tendrán sistemas muy similares incorporados.

La tecnología de vehículo aéreo no tripulado cubre todo, desde la aerodinámica del dron, los materiales en la fabricación del UAV físico, hasta los circuitos impresos, el chipset y el software que son los cerebros del dron.

Uno de los drones más populares en el mercado es el DJI Phantom 3. Este dron fue muy popular entre los cineastas aéreos profesionales. Aunque ya es un poco viejo, utiliza mucha tecnología avanzada que está presente en los drones más recientes.

Este UAV es ideal para explicar la tecnología de drones porque tiene todo en un solo paquete. Incluye el UAV, el cardán y la cámara, y utiliza algunas de las mejores tecnologías de drones actualmente disponibles en el mercado.

Algunos drones nuevos y altamente avanzados como DJI Mavic Air, Phantom 4 Pro, Inspire 2 y Walkera Voyager 5 han llegado al mercado.

¿Cómo funcionan los Drones?

Un avión no tripulado típico está hecho de materiales compuestos ligeros para reducir el peso y aumentar la maniobrabilidad. Esta resistencia del material compuesto permite que los aviones no tripulados militares viajen a altitudes extremadamente altas.

Los drones están equipados con tecnología de punta como cámaras de infrarrojos (UAV militar), GPS y láser (UAV militar). Los drones son controlados por un sistema de control remoto.

Un sistema de vehículo aéreo no tripulado tiene dos partes, el dron mismo y el sistema de control.  

El frontal del vehículo aéreo no tripulado es donde están presentes todos los sensores y sistemas de navegación. El resto del cuerpo está lleno de sistemas de tecnología de drones. Los materiales de ingeniería utilizados para construir el dron son compuestos altamente complejos que pueden absorber la vibración que disminuye el ruido producido y también aligerar el peso.

¿Qué es un Dron? Tecnología UAV

A continuación, examinamos la tecnología de ciencia y drones detrás del UAV DJI Phantom 3. Sin embargo, también tenemos mucha información sobre las últimas tecnologías de drones de los drones más nuevos del mercado. Hay muchos enlaces donde puedes leer más a fondo sobre varios componentes de la tecnología de drones. Por ejemplo, aquí hay un excelente  artículo sobre los componentes de los drones . Esto le da un desglose de los componentes individuales vistos en la mayoría de los drones.

Tipos y tamaños de drones

Los aviones no tripulados vienen en una amplia variedad de tamaños, el más grande se usa principalmente con fines militares, como el avión no tripulado Predator. Los siguientes en tamaño son aviones no tripulados que tienen alas fijas y requieren pistas cortas. En general, se utilizan para cubrir áreas extensas, que trabajan en áreas como la topografía geográfica o para combatir la caza furtiva de vida silvestre.

Drones VTOL

El siguiente en tamaño de drones es lo que se conoce como drones VTOL. Muchos de estos son quadcopters pero no todos. Los drones VTOL pueden despegar, volar, flotar y aterrizar verticalmente. El significado exacto de VTOL es «despegue vertical y aterrizaje«.

Muchos de los últimos drones pequeños como DJI Mavic Air y  DJI Spark  se pueden lanzar desde la palma de su mano.

Posicionamiento de radar y regreso a casa

Muchos de los últimos drones tienen sistemas satelitales de navegación global (GNSS) como GPS y GLONASS. Los drones pueden volar tanto en modo GNSS como sin satélite. Por ejemplo, los drones DJI pueden volar en modo P (GPS y GLONASS) o modo ATTI que no usa navegación por satélite.

La navegación de drones de alta precisión es muy importante cuando se vuela y en aplicaciones de drones como la construcción de mapas en 3D, misiones de paisaje y SAR (búsqueda y rescate).

Cuando el quadcopter se enciende por primera vez, busca y detecta satélites GNSS. Los sistemas GNSS de gama alta usan  tecnología Satellite Constellation . Básicamente, una constelación de satélites es un grupo de satélites que  trabajan en conjunto dando cobertura coordinada y sincronizada para que se superpongan bien en la  cobertura . Pase o cobertura es el período en que un satélite es visible sobre el horizonte local.

La tecnología de radar en el dron señalará lo siguiente en la pantalla del control remoto;

• señal de que se detectaron suficientes satélites GNSS de drones y el dron está listo para volar
• mostrar la posición actual y la ubicación del dron en relación con el piloto
• registrrar el punto de inicio para la función de seguridad ‘Return To Home’

La mayoría de los últimos drones tienen 3 tipos de tecnología de drones Return to Home (Vuelta al punto de retorno) de la siguiente manera;

• El piloto inicia el regreso a casa presionando el botón en el control remoto, o en una aplicación.
• Nivel de batería bajo donde el UAV volará automáticamente al punto de inicio.
• Pérdida de transmisión entre el UAV y el control remoto con el UAV volando automáticamente a su punto de origen.

La última característica de Mavic Air RTH  puede detectar e intentar activamente evitar obstáculos durante el regreso automático a casa. El sistema para evitar obstáculos del Mavic Air RTH, funciona de la siguiente manera si la iluminación es suficiente;

1. El Mavic Air se ralentiza cuando se detecta un obstáculo
2. Se detendrá y se desplazará, luego volará hacia atrás y ascenderá hacia arriba hasta que no se detecte ningún obstáculo.
3. A continuación, se reanuda el proceso de RTH y Mavic Air volverá al punto de inicio a la nueva altitud.

Detección de Obstáculos y Tecnología para evitar Colisiones

Muchos droness ahora están equipados con sistemas anticolisión. Estos sistemas de visión de drones utilizan  sensores de detección de obstáculos para explorar los alrededores, mientras que los algoritmos de software y la tecnología SLAM producen las imágenes en mapas en 3D, lo que permite al controlador de vuelo detectar y evitar el objeto. Estos sistemas fusionan uno o más de los siguientes sensores para detectar y evitar obstáculos;

• Sensor de visión
• Ultrasónico
• Infrarrojo
• Tiempo de vuelo (ToF)
• Visión monocular

Los últimos DJI Mavic 2 Pro y Mavic 2 Zoom tienen detección de obstáculos en los 6 lados. El Mavic 2 utiliza sensores de Visión e Infrarrojo fusionados en un sistema de visión conocido como Detección de Obstáculos Omnidireccional.

El sistema de detección de obstáculos DJI Mavic 2 pasa al siguiente nivel en el que realmente puede volar alrededor de obstáculos al volar hacia atrás. Si no puede calcular una trayectoria de vuelo alrededor del objeto, entonces se desplazará al frente del obstáculo. Esto se conoce como APAS (Advanced Pilot Assistance System) en los drones DJI Mavic 2 y Mavic Air.

Giro estabilización, IMU y Controladores de Vuelo

La tecnología de estabilización de giro es uno de los componentes que le da al dron su capacidad de vuelo sin problemas. El giroscopio necesita trabajar casi instantáneamente a las fuerzas que se mueven contra el dron. El giroscopio proporciona información de navegación esencial para el controlador de vuelo central.

La Unidad de Medición Inercial (IMU) funciona mediante la detección de la velocidad actual de aceleración usando uno o más acelerómetros. La IMU detecta cambios en los atributos de rotación como cabeceo, balanceo y guiñada utilizando uno o más giroscopios. Algunos IMU incluyen un  magnetómetro  para ayudar con la calibración contra deriva de orientación.

El giroscopio es un componente de la IMU y la IMU es un componente esencial del controlador de vuelo de drones. El controlador de vuelo es el cerebro central del dron.

Motor Dirección y Diseño de Hélice del Dron

Los motores y las hélices son la tecnología de drones que lanza el UAV al aire y vuela en cualquier dirección o vuelo estacionario. En un quadcopter, los motores y las hélices trabajan en pares con 2 motores / hélices que giran en el sentido de las agujas del reloj (hélices CW) y 2 motores que giran en sentido contrario a las agujas del reloj (hélices CCW).

Reciben datos del controlador de vuelo y de los controladores de velocidad electrónicos (ESC) en la dirección del motor del  dron para desplazarse o volar.

Tecnología Fly Fly Dron

Para aumentar la seguridad de vuelo y evitar vuelos accidentales en áreas restringidas, los últimos drones de DJI y otros fabricantes incluyen la función «No Fly Zone«.

Estas zonas sin vuelo se han dividido en dos categorías: A y B. Los fabricantes pueden actualizar y cambiar esta tecnología de drones de zona no voladora utilizando actualizaciones de firmware.

Tecnología GPS Ready to Fly Mode

Cuando la brújula está calibrada, el dron busca la ubicación de los satélites GPS. Cuando se encuentran más de 6, permite que el dron vuele en el modo «Listo para volar».

Función de brújula interna y a prueba de fallos

Permite que el UAV y el sistema de control remoto conozcan exactamente la ubicación de su vuelo. La calibración de la brújula es necesaria para establecer un punto inicial. El punto de inicio es la ubicación a la que volverá el dron en caso de pérdida de señal entre el dron y el sistema de control remoto. Esto también se conoce como «función a prueba de fallos«.

Tecnología Dron FPV Live Video Transmisión

FPV  significa » Vista en primera persona » y es donde se monta una cámara de video en el vehículo aéreo no tripulado y transmite el video en vivo al piloto en el suelo. El piloto está volando la aeronave como si estuvieran a bordo de la aeronave en lugar de mirar la aeronave desde la posición real del terreno del piloto.

FPV permite que la aeronave no tripulada vuele mucho más alto y más lejos de lo que se puede mirando desde el suelo desde la aeronave. First Person View permite un vuelo más preciso, especialmente alrededor de obstáculos.

También permite que los vehículos aéreos no tripulados vuelen muy fácilmente en interiores, a través de bosques y alrededor de edificios donde no sería posible volar desde una posición fija en el suelo mirando al dron desde la distancia.

El crecimiento y desarrollo excepcionalmente rápido de la liga de carreras de drones no sería posible sin la tecnología de transmisión de video en vivo de FPV.

Esta tecnología FPV usa señal de radio para transmitir y recibir el video en vivo.

El dron tiene un transmisor FPV inalámbrico multibanda incorporado junto con una antena. Dependiendo del dron, el receptor de las señales de video en vivo puede ser la unidad de control remoto, una computadora, tableta o teléfono inteligente.

Esta transmisión de video en vivo está relacionada con la fuerza de la señal entre el control de tierra del dron. Los últimos drones, como el DJI Mavic y el Phantom 4 Pro, pueden transmitir video en vivo hasta 7 km. El Phantom 4 Pro e Inspire 2 utilizan el último   sistema de transmisión DJI Lightbridge 2.

Los drones como el DJI Mavic Pro utilizan controladores integrados y algoritmos inteligentes para establecer un nuevo estándar para la transmisión inalámbrica de imágenes de alta definición al reducir la latencia y aumentar el alcance y la confiabilidad máximos.

Firmware y Asistente de Vuelo

El sistema de control de vuelo se comunica con un PC Assistant a través de un cable Micro-USB. Esto permite la configuración del UAV y la actualización del firmware del dron.

Una descripción muy simple de un dron es que es una computadora voladora con una cámara o sensor adjunto. Al igual que las computadoras, los drones tienen firmware, que es un software que controla los componentes físicos de la aeronave o del control remoto.

Indicadores de vuelo LED

Estos se encuentran en la parte delantera y trasera del dron. Los LED frontales son para indicar dónde está el morro del dron. Los indicadores de vuelo de los LED traseros se encienden para mostrar el estado actual del vuelo de los drones cuando se enciende la batería de vuelo.

Sistema de control remoto UAV

Este es el dispositivo de comunicación inalámbrico que usa la banda de frecuencia de 5.8 GHz. El dron y el sistema de control remoto ya deberían estar emparejados cuando salga de fábrica.

Receptor teledirigido del UAV

La ubicación del botón de enlace de la tecnología del receptor de 5.8 GHz está bajo el UAV.

Tecnología UAV Range Extender

Este es un dispositivo de comunicación inalámbrico que opera dentro de la frecuencia de 2,4 GHz. Se usa para ampliar el rango de comunicación entre el teléfono inteligente o tableta y el dron en un área abierta sin obstrucciones.

La distancia de transmisión puede alcanzar hasta 700 metros. Cada extensor de rango tiene una dirección MAC única y un nombre de red (SSID).

Algunos de los últimos drones fuera de la caja pueden volar con alcance a una distancia de hasta 7 km. Los productos como los extensores de rango FPV son muy populares y pueden llevar la distancia aún más lejos.

App para Smartphone con función de Estación de Tierra

Muchos de los drones actuales pueden volar mediante un control remoto o desde una aplicación de teléfono inteligente que se puede descargar de Google Play o Apple Store. La aplicación permite un control total del dron.

Cada fabricante tendrá su propia aplicación, como la aplicación Go 4 de DJI.

Cámara HD de alto rendimiento

Los últimos drones de DJI, Walkera, Yuneec y muchos otros fabricantes ahora incluyen cámaras que pueden filmar películas en video 4k y pueden tomar fotos de 12 megapíxeles.

Muchos de los drones anteriores usaban cámaras que no eran totalmente adecuadas para la filmación aérea. Muchos de estos videos aéreos tenían distorsión debido a la lente gran angular.

Sin embargo, los últimos drones de video 4k como DJI Inspire 1, Phantom 3 Professional y Phantom 4 tienen una cámara específicamente diseñada para filmación aérea y fotografía.

Drones con cámaras zoom

En 2016 y 2017, una serie de cardanes integrados con zoom óptico y digital llegaron al mercado.

DJI lanzó la Zenmuse Z3, que es una cámara de zoom aéreo integrada y está optimizada para fotografía fija. El Zenmuse Z3 que tenía un zoom de 7x compuesto por un zoom 3.5x óptico y 2x sin pérdida digital creaba un rango de distancia focal equivalente de 22 a 77 mm, por lo que es ideal para aplicaciones industriales.

Luego, en octubre de 2016, DJI lanzó la cámara Zenmuse Z30 . Esta potente Zenmuse Z30 es una cámara de zoom aéreo integrada que tiene un zoom óptico de 30x y zoom digital de 6x para una ampliación total de hasta 180x. Esto permite más usos industriales, como la inspección de torres de telefonía móvil o turbinas eólicas, para obtener una visión detallada de las estructuras, cables, módulos y componentes para detectar daños. El Zenmuse es compatible con la gama de drones DJI Matrice .

El Walkera Voyager 4 viene con una increíble cámara con zoom de 18x. La cámara de zoom óptico de 18x en el Voyager 4 tiene una grabación de 360 ​​grados sin obstrucciones. Puede filmar en 4k a 30 fotogramas por segundo. El sistema de transmisión de imágenes de alta definición utiliza una tecnología de cardán de estabilización sin escobillas de 3 ejes.

Walkera también lanzó su última Voyager 5 . Esto tiene una increíble cámara de zoom óptico de 30x. Incluye muchos sistemas de redundancia, como GPS dual, giroscopio dual y sistema de 3 baterías. También tiene una cámara de visión nocturna por infrarrojos térmicos y baja iluminación opcional.

Gimbals

La tecnología Gimbal es vital para capturar fotos aéreas de calidad, películas o imágenes en 3D. El cardán permite que cualquier vibración del dron no llegue a la cámara. El cardán le permite inclinar la cámara mientras está en vuelo, creando ángulos únicos. Muchos son cardanes estabilizados de 3 ejes con 2 modos de trabajo. Modo no FPV y modo FPV.

Prácticamente todos los drones más recientes tienen cardanes y cámaras integradas. El líder en tecnología de cardán aéreo es DJI con su gama Zenmuse.

Drones con sensores para crear mapas 3D y modelos

Los sensores multispectrales , Lidar, Fotogrametría , visión nocturna con poca luz y Visión térmica ahora se utilizan en drones para proporcionar modelos tridimensionales de edificios y paisajes; Mapas digitales de elevación (DEMS) de la tierra, y proporcionar datos de precisión sobre la salud de los cultivos, flores, fauna, arbustos y árboles.

En 2016,  aparecieron en el mercado drones con  sensores de tiempo de vuelo . Sensores ToF que se pueden usar solos o con los sensores anteriores para proporcionar diversas soluciones en muchos sectores.

Los sensores de cámara de profundidad ToF se pueden usar para escaneo de objetos, navegación interior, evitación de obstáculos, gesto, seguimiento de objetos, reconocimiento, volúmenes de medición, altímetros reactivos, fotografía 3D, juegos de realidad aumentada y mucho más.

Con el Lidar y el mapeo de fotogrametría, el dron será programado para sobrevolar un área particular usando navegación de punto de ruta GPS autónomo. La cámara del dron tomará fotografías a intervalos de 0,5 o 1 segundo. Luego, estas fotos se unen usando un software de fotogrametría especializado para crear imágenes en 3D.

DroneDeploy es uno de los líderes en la creación de software de mapeo 3D. Su último software llamado Fieldscanner  es para el sector agrícola, mientras que su aplicación móvil y Live Map se utilizan en muchos sectores para crear mapas y modelos en 3D. Su software funcionará con la mayoría de los últimos drones.

Capturar imágenes de alta resolución en un dron estabilizado es muy importante. Usar el mejor software de fotogrametría para procesar las imágenes en mapas y modelos reales es igual de importante. Algunos de los mejores software de mapeo de drones son los siguientes;

• DroneDeploy 3D Mapping Solutions
• Software de fotogrametría Pix4D Mapper
• Software de fotogrametría AutoCap ReCap
• Mapas simplificados: ortofotos y modelos 3D
• Software de fotogrametría 3DF Zephyr
• Software de fotogrametría Agisoft PhotoScan
• PrecisionHawk Precision Mapper / Viewer
• Mapa de Open Drone
• ESRI Drone2Map para ArcGIS

Software de edición de vídeo

Tener un software de video de excelente calidad es esencial para el procesamiento posterior. La mayoría de los últimos drones pueden filmar en Adobe DNG en bruto, lo que significa que toda la información de la imagen original se conserva para su posterior procesamiento.

Sistemas operativos en tecnología Dron

La mayoría de los aviones no tripulados usan Linux y algunos MS Windows. La Fundación Linux tiene un proyecto lanzado en 2014 llamado el proyecto Dronecode.

El Proyecto Dronecode es un proyecto colaborativo de código abierto que reúne proyectos de vehículos aéreos no tripulados de código abierto existentes y futuros bajo una estructura sin fines de lucro gobernada por The Linux Foundation. El resultado es una plataforma común de código abierto compartida para vehículos aéreos no tripulados (UAV).

Seguridad y piratería de drones

Los aviones no tripulados en cierto modo son como las computadoras voladoras. Con un sistema operativo, controladores de vuelo y tableros principales con código programable, también pueden ser pirateados. Los drones se han desarrollado para volar en busca de otros drones y piratear la red inalámbrica de drones, desconecta al propietario y se hace cargo de ese dron. Sin embargo, hay algunas formas prácticas de proteger tu dron de los hackers.

Los Drones con la Tecnología más Avanzada

DJI tiene un gran dominio del mercado de los drones profesionales y de consumo. Los últimos drones avanzados con tecnologías patentadas son los siguientes;

• DJI Mavic Air: este es el último avión no tripulado profesional de tamaño pequeño. Tiene una cámara 4k y un vuelo muy estable. Tiene evitación de colisión. También puede volar con gestos con las manos y tiene tecnología de reconocimiento facial.
• DJI Spark – Pequeño drone con autofoto que puede despegar desde la palma de tu mano.
• DJI Mavic Pro – Pequeño dron plegable con sensores de prevención de colisiones frontales y descendentes. Vuelo súper estable y capacidades de filmación 4k.
• DJI Phantom 4 Pro: con tecnología «Vision» para evitar colisiones. Drone multipropósito que incluye filmación aérea 4k, fotografía y fotogrametría.
• DJI Inspire 2 – Diseño y motores patentados. Drone multipropósito para filmación aérea profesional de 5k, fotografía, fotogrametría, imágenes multiespectrales y térmicas.
• Yuneec Typhoon H Pro: utiliza la tecnología patentada Intel «Realsense» para evitar colisiones. Ideal para fotografía aérea profesional y filmación.
• Walkera Voyager 5: este último dron de Walkera es tremendo. Las opciones de la cámara incluyen un zoom óptico de 30x, infrarrojo térmico y también una cámara de visión nocturna de poca luz.
• Walkera Vitus Starlight: el último avión no tripulado de consumo pequeño de Walkera con sensores para evitar colisiones y una cámara de visión nocturna con poca luz.
• DJI Matrice 200 Commercial Quadcopter – Redundancia con doble batería, IMU y sistemas de navegación por satélite. Puede montar 2 cámaras debajo del quadcopter (por ejemplo, cámara térmica y zoom). Además, monte una cámara encima de Matrice 200, lo que hace que el levantamiento de puentes sea realmente sencillo. El Matrice 200 tiene 6 direcciones de prevención de colisiones usando láser ToF, sensores ultrasónicos y de visión.
• DJI Matrice 600 – Este multirotor comercial es una verdadera plataforma de cinematografía aérea. Opciones para montar 7 diferentes cámaras Zenmuse.

Sistemas de vuelo inteligentes

Todos estos últimos drones tienen controladores de vuelo inteligentes y modos como Sígueme, Active Tracking, Waypoints, Return To Home y muchos otros. El último Phantom 4 Pro de DJI tiene los modos de vuelo inteligentes más autónomos de cualquier dron. El Phantom 4 Pro tiene los siguientes modos de vuelo inteligente;

• Pista activa (perfil, foco, círculo)
• Dibujar Waypoints
• TapFly
• Modo de seguimiento del terreno
• Modo trípode
• Modo gestual
• S-Mode (Deporte)
• Modo P (Posición)
• A-Mode (Actitud)
• Modo principiante
• Bloqueo del curso
• Bloqueo de inicio
• Prevención de obstáculos

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