Visualizando el futuro de la detección y la percepción en diseños autónomos

¿Cómo pueden los sistemas autónomos observar el mundo que los rodea? Para empezar, se basan en la visión artificial para percibir el entorno que los rodea. La visión artificial funciona analizando e interpretando datos de sistemas de detección y percepción que detectan estímulos físicos, como luz, sonido, calor o radiofrecuencia (RF).

De hecho, para los sistemas autónomos, la recopilación de datos a través de sensores y su descifrado mediante sistemas de percepción es el primer paso funcional. Por ejemplo, un helicóptero autónomo que transporta suministros por un desierto debe observar primero el terreno que lo rodea para tomar decisiones sobre su trayectoria de vuelo.

Ahí es donde entra en juego la tecnología de detección y percepción. Los sistemas autónomos pueden utilizar cámaras, radares, lidar, cámaras térmicas, sensores ultrasónicos, sistemas de posicionamiento global (GPS), unidades de medición inercial (IMU) y más para obtener información sobre estímulos externos. Luego utilizan esta información para tomar decisiones.

Las aplicaciones de estas tecnologías autónomas en la industria aeroespacial y de defensa (A&D) son igualmente de amplio alcance. Los usos van desde un dron que toma fotografías de alta resolución del terreno que se encuentra muy por debajo de él mientras está en vuelo hasta vehículos autónomos eléctricos de despegue y aterrizaje vertical (eVTOL) que utilizan sistemas avanzados de radar en tiempo real para detectar otras aeronaves.

Es importante mencionar que, si bien los sistemas de detección y percepción son componentes de hardware clave en los diseños autónomos, existen otros componentes físicos esenciales. Por ejemplo, los ingenieros también deben considerar la conectividad y la conexión entre el vehículo y todo (V2X) en sus diseños. Garantizar que los sistemas autónomos tengan el hardware que necesitan para comunicarse de manera consistente y eficaz con la infraestructura, las redes, otros vehículos y dispositivos es imperativo para muchos diseños autónomos. Además, todos estos componentes de hardware también deben estar completamente integrados en los componentes de software, como los sistemas de control.

Al diseñar este hardware esencial, los ingenieros de toda la industria A&D deben centrarse en desarrollar diseños integrados precisos y confiables. A medida que esta tecnología se vuelve cada vez más compleja, el diseño de estos sistemas de hardware se convertirá en un obstáculo aún mayor que los equipos deben superar para innovar en este espacio.

Los sistemas de radar utilizan ondas de radio electromagnéticas para detectar objetos y distancias en diversas condiciones.

Cuatro tecnologías de detección y percepción que debes tener en cuenta

Aunque la tecnología que impulsa la autonomía en A&D es variada y está en aumento, hay cuatro tipos de sistemas de detección y percepción que se encuentran comúnmente en la industria. Los sistemas autónomos procesan la información recopilada a partir de estas tecnologías y la devuelven en un formato que pueden interpretar y aplicar en función de acciones preprogramadas.

1. Cámaras

Los sistemas autónomos utilizan cámaras para grabar y capturar imágenes visuales del mundo que los rodea. Por ello, los ingenieros se centran en desarrollar cámaras de alta resolución que puedan capturar información visual de alta calidad para una percepción y un análisis precisos, sin importar la velocidad del vehículo autónomo, la distancia entre la cámara y el sujeto, las condiciones climáticas u otros fenómenos externos como la luz solar o el resplandor.

Algunos de los principales desafíos que enfrentan los ingenieros al diseñar cámaras son lograr imágenes de alta calidad en diferentes condiciones de iluminación y equilibrar las necesidades de buena resolución, velocidad de cuadros, movimiento y consumo de energía.

2. Sistemas lidar

La detección y medición de distancias mediante luz (lidar) es una tecnología de teledetección que utiliza pulsos de luz para mapear un entorno. Además de los sistemas autónomos, el lidar se utiliza a menudo para el análisis topográfico, la cartografía y la robótica. Los vehículos autónomos utilizan sistemas lidar para crear mapas 3D detallados y una detección precisa de objetos para una mejor percepción.

Para cumplir su función, los sistemas lidar necesitan lograr una calidad de alta resolución, funcionar en grandes rangos y garantizar el rendimiento incluso en condiciones climáticas adversas.

3. Sistemas de radar

Los sistemas de detección y medición de distancias por radio (radar) utilizan ondas de radio electromagnéticas para detectar y medir distancias de objetos de manera fiable. Algunas aplicaciones comunes del radar son el control del tráfico aéreo y la previsión meteorológica. Los sistemas de radar son capaces de detectar objetos y medir distancias de manera fiable en muchas condiciones diferentes.

En cuanto a los desafíos, los sistemas de radar deben garantizar la precisión incluso en entornos saturados y deben gestionar las interferencias de otros sistemas de radar.

4. Cámaras térmicas

Las cámaras térmicas se utilizan para detectar variaciones de temperatura y patrones térmicos y pueden permitir que los sistemas autónomos perciban más fácilmente su entorno en entornos de baja visibilidad, como entornos oscuros.

Los ingenieros que diseñan cámaras térmicas deben asegurarse de que puedan lograr alta sensibilidad y resolución al integrar datos térmicos con otros datos de sensores.

Mirando hacia el futuro: optimización de la tecnología de detección y percepción en A&D

Los ingenieros que trabajan en sistemas de detección y percepción se enfrentan a algunos desafíos principales, sin importar su tecnología específica. Estos incluyen optimizar el tamaño, el peso, la potencia y el costo (SWaP-C) durante todo el proceso de diseño y desarrollo, garantizar que los diseños puedan funcionar de manera óptima incluso en los muchos tipos de plataformas y aplicaciones en los segmentos de la industria A&D, y cumplir con los estándares críticos de seguridad y rendimiento.

Para superar estos obstáculos, el software de simulación de ingeniería ha surgido como una solución necesaria que le permite:

• Utilice la IA para optimizar los sistemas de imágenes y crear productos más robustos utilizando un enfoque multifísico integral que tenga en cuenta el calor, la vibración, la deformación y más.
• Valide y optimice virtualmente los diseños de antenas y matrices con trazado de rayos y análisis de RF
• Integrar y validar sistemas en diversas condiciones y entornos realistas en aire, tierra, mar y espacio.
• Aumente la eficiencia y reduzca el tiempo de comercialización mediante escalabilidad, pruebas más eficientes, una menor necesidad de prototipos físicos y automatización.

Gracias a la ingeniería digital, equipos multidisciplinarios de expertos podrán desarrollar diseños de detección y percepción que no sólo sean funcionales, sino también eficientes, precisos, robustos y listos para su implementación lo más rápido posible.

Algunos ejemplos de los avances que podemos ver en este espacio incluyen:

• Cámaras con percepción visual mejorada, mejores sistemas de imágenes de múltiples bandas de ondas y mejor reconocimiento y seguimiento de objetos 
• Radar con detección confiable en todas las condiciones climáticas, medición de distancia mejorada, seguimiento de objetos, peso mínimo y eliminación de objetivos fantasma
• Lidar con mapeo 3D preciso y detección de objetos, ubicación óptima y navegación mejorada con evitación de obstáculos
• Cámaras térmicas con percepción mejorada en condiciones de baja visibilidad y detección mejorada de patrones térmicos y anomalías