Tipos de drones

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• Aprendizaje y consejos
• 26 enero, 2019

Cada vez hay una mayor necesidad de crear nuevos diseños de aeronaves no tripuladas, y ello con el objetivo de hacer que éstas se adapten mejor a las tareas para las que son (o serán) utilizadas. Ello da lugar a unos tipos de drones que, además de los ya popularmente conocidos, rara vez son conocidos por el público ajeno a esta industria.

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• ¿Qué es un dron?

No existe una clasificación oficial, única y de alguna manera reconocida internacionalmente que encuadre los diferentes tipos de drones; en consecuencia, cada Estado organiza como mejor considera la tipología de este tipo de aeronaves. En cualquier caso, por lo general estas clasificaciones se suelen basar en variables fácilmente identificables, como son el peso del vehículo, tipo de vuelo o función.

Dado el carácter pedagógico de este artículo, consideramos que la manera más ilustrativa de explicar los diferentes tipos de drones es basándonos en la naturaleza de su diseño. De éste dependerá el tipo de despegue y aterrizaje de la aeronave.

A excepción de los dirigibles, a esta clase de drones también se les suele llamar «de ala rotatoria».

En los últimos años se han convertido en los más comunes para el público civil y, por lo general, es lo que único que se conoce como «dron» por quien no acostumbra a lidiar con este tipo de tecnología.

Este tipo de dron se ha popularizado debido a su bajo coste (en sus versiones menos sofisticadas) y al poco mantenimiento que requiere. Ello ha provocado su venta masiva en los últimos años dadas las nuevas posibilidades de entretenimiento que ofrece.

En el ámbito profesional, el uso de aeronaves no tripuladas se encuentra muy limitado. Ello se debe, por lo general, a las exigencias legales que piden garantizar un uso seguro y adecuado del espacio aéreo. A pesar de todo, Estados Unidos, la Unión Europea, Japón, Singapur y otros países ya están trabajando en la creación de un sistema que gestione el espacio aéreo no tripulado.

Junto a la gran cantidad de tipos de drones que se pueden considerar, existe a su vez una amplia variedad de multicópteros, la cual se puede acotar al número de rotores del dron, lo cual enfocará al vehículo a una función determinada.

En primer lugar, los cuadricópteros (quadcopters en inglés) son la configuración de multicóptero más común debido a su menor coste. A pesar de ello, además de para fines lúdicos, los cuadricópteros pueden llegar a tener la suficiente capacidad como para realizar tareas de carácter profesional.

Dron semiprofesional (DJI Phantom)

Los drones que alcanzan calidad de tipo profesional o semiprofesional, suelen estar equipados con una cámara estabilizada capaz de tomar fotografías y vídeo en alta calidad. También utilizan una serie de sensores que permiten posicionar al dron para esquivar obstáculos, posicionarlo con precisión mediante GPS y realizar vuelos estables sin necesidad de una gran habilidad de pilotaje. Junto a todo lo anterior, su controladora de vuelo (piloto automático) incluye modos de vuelo inteligentes, creando rutas de vuelo automáticas y preestablecidas que facilitan, por ejemplo, la toma de fotografías sobre un punto determinado y «orbitando»  alrededor de éste en espiral.

A continuación tenéis un vídeo realizado con un dron de este tipo, en donde se muestra tanto la calidad de la imagen como la estabilidad del vuelo aun estando a varios centenares de metros de distancia respecto al piloto.

Dentro de la categoría de cuadricópteros se encuentran los minidrones, cuyo peso no suele ir más allá de los 250 gramos y su autonomía de vuelo rara vez supera los 5 minutos. Dentro del ámbito civil, son drones enfocados puramente al ocio y cuyo uso en exteriores es problemático debido a su baja tolerancia a ráfagas de viento.

Minidron

También se están popularizando los drones de carreras (racing drones), con los cuales ya se están realizando campeonatos de carácter internacional.

Dron de carreras

Estos drones no suelen tener un tamaño que supere los 20 centímetros de diámetro, su distancia máxima respecto al piloto ronda los 100 metros y su cámara está fija.

Por otro lado, y si bien se venden unidades prefabricadas, un gran número de usuarios de este tipo de dron suelen optar por montarlo ellos mismos. El objetivo de crear tu propio dron de carreras recae principalmente en la posibilidad de elegir la calidad de todos los componentes, optimizar el diseño y disminuir el peso para lograr una mayor velocidad y maniobrabilidad.

A continuación podéis ver el vídeo de una carrera de drones grabada en FPV (First Person View – vista en primera persona) desde uno de ellos.

En cualquier caso, la gran desventaja de los cuadricópteros yace en su incapacidad de iniciar ni de mantener el vuelo si uno de los motores falla, por lo que es aconsejable evitar realizar maniobras que supongan un mínimo de riesgo si no se tiene la certeza de que los cuatro motores están preparados para aguantar el vuelo a realizar.

Este problema se puede ver en el siguiente vídeo, donde el minidron es incapaz tan siquiera de despegar teniendo un rotor inutilizado.

Existen otras configuraciones más pesadas que permiten al dron tener una mayor capacidad de carga, mantenerse estables ante ráfagas de viento con mayor facilidad y, sobre todo, poder mantener el vuelo aun cuando uno de los motores ha dejado de funcionar, permitiendo aterrizar de manera segura.

Hexacóptero

En el siguiente vídeo se puede ver cómo un hexacóptero puede mantener el vuelo a pesar de que uno de los rotores está partido.

Existen otras configuraciones todavía más pesadas que permiten transportar una carga mayor y que toleran el fallo de varios motores. Se pueden encontrar desde octocópteros hasta drones con 24 o más rotores capaces de elevar personas.

Octocóptero

En el siguiente vídeo se muestra cómo se utiliza uno de estos drones para hacer kitesurf.

La configuración coaxial en multirrotores implica que cada brazo tenga dos rotores a la misma altura, si bien cada uno se encuentra en el lado opuesto del brazo y el movimiento de rotación de sus hélices gira en sentido contrario respecto al motor hermano.

Octocóptero en configuración coaxial

La principal ventaja de este tipo de configuración yace en la resistencia del vehículo para mantener el vuelo a pesar de que alguno de los motores falle, con el beneficio añadido que supone tener una menor cantidad de brazos: menor peso y mayor facilidad de transporte, con posibilidad de poder plegar el dron más fácilmente.

Como contrapartida este tipo de configuración es menos eficiente, pues los motores inferiores están utilizando una corriente de aire que ya empuja al dron hacia arriba. Además, pueden estorbar al campo de visión de la cámara si el diseño del vehículo no es adecuado.

En el siguiente vídeo podéis ver un octocóptero de configuración coaxial. En él se muestra cómo es capaz de iniciar y mantener el vuelo aun con la ausencia de las hélices de uno de sus rotores.

También llamados «drones anclados», este tipo de configuración para multicópteros implica que el dron está conectado con una estación en tierra que lo alimenta de manera directa a través  de un cable, el cual puede llegar a superar los 100 metros de longitud.

Dron cautivo / anclado

Gracias a ello, un dron puede mantenerse en vuelo durante varias horas, si bien será complicado que pueda cubrir una gran superficie. Sin embargo se puede subsanar con versiones de dron cautivo que se alimenten directamente de la batería de un vehículo en tierra, como podría ser un 4×4 en movimiento.

Por su naturaleza, las aplicaciones más comunes para esta clase de dron están relacionadas con la vigilancia y seguridad.

En el siguiente vídeo se puede ver un prototipo en funcionamiento de esta clase de dron.

Los helicópteros no tripulados se caracterizan por utilizar, por lo general, motores de combustión. Ello implica una mayor autonomía que los drones eléctricos, al igual que capacidad de carga. Además, los helicópteros tienen una mayor tolerancia que los multirrotores a las ráfagas de viento, lo cual supone una mayor facilidad para mantener un vuelo más preciso bajo condiciones climáticas adversas.

Como contrapartida, el mantenimiento de los helicópteros es más costoso que el de los multircópteros, requiriendo un constante cambio de componentes si el uso que se le da es intensivo.

La naturaleza de este tipo de dron lo lleva a caracterizarlo por su alta autonomía y baja emisión de ruidos, sobre todo si se compara con los demás tipos de drones.

Dirigible no tripulado

Debido al gran tamaño que suelen tener, normalmente se utilizan para tareas publicitarias, si bien puede cumplir de manera óptima otras funciones como vigilancia y transporte.

Algunas instituciones de defensa también los han llegado a utilizar como repetidores móviles de comunicaciones en regiones donde la cobertura requerida es de baja calidad o nula.

Como contrapartida, el mayor inconveniente de los dirigibles reside en su baja maniobrabilidad, siendo muy vulnerables a las ráfagas de viento.

Este tipo de dron suele ser por lo general de «ala fija» (como los aviones convencionales), si bien también existen versiones de drones tipo «ala volante»  (con forma de triángulo, similar al bombardero B-2 Spirit). La principal diferencia funcional entre ambos consiste en que mientras los primeros son más maniobrables, el diseño de los segundos les permite disfrutar de un mayor tiempo de vuelo. A simple vista, el mayor rasgo diferenciador de las aeronaves de tipo ala volante es que carecen de cola que les permita maniobrar con mayor agilidad, por lo que basan su sustentación en unas alas principales que, proporcionalmente, son de mayor tamaño que en las aeronaves de ala fija.

Dron de tipo ala fija

Los drones de esta clase suelen estar hechos principalmente de fibra de vidrio con la finalidad de proteger térmicamente el interior del vehículo, al igual que para soportar las vibraciones del motor. Otros modelos están construidos con EPO (un material ligero con cierta similitud al corcho), el cual reduce el peso de la estructura y tiene un precio inferior.

Su utilidad principal yace en su capacidad de realizar largos trayectos sin repostar, habiendo unidades comerciales que han llegado a superar las 20 horas de autonomía rondando una velocidad conste de 50-80 km/h.

A continuación podéis ver el vídeo en el que se puede ver el despegue y aterrizaje en pista de un dron tipo ala volante. Como podréis comprobar, el diseño es una réplica a escala del citado bombardero B-2.

Señalar que la pista no siempre habrá de ser asfaltada. Algunos drones pueden despegar y aterrizar en pistas de tierra, si bien ello puede suponer un castigo para el fuselaje y las ruedas de la aeronave.

Los mismos tipos de drones capaces de despegar en pista también suelen ser capaces de hacerlo desde catapultas, si bien tras ciertas modificaciones menores para adaptarlos y poder ser lanzados desde esta herramienta. De igual manera, su peso habrá de estar dentro de los límites que la catapulta en cuestión pueda tolerar.

Dron de tipo ala fija en catapulta

La razón por la que se puede necesitar llevar a cabo el despegue de un dron desde una catapulta suele ser la no disponibilidad de una pista, que ésta sea demasiado pequeña o, simplemente, que el dron no disponga de tren de aterrizaje.

Mientras que los drones más ligeros (generalmente de EPO y una capacidad de carga de 1-2 kg) solamente necesitan de catapultas de gomas elásticas, drones más pesados requieren de catapultas neumáticas (utilizan calderas con aire a presión) o incluso catapultas que utilizan cohetes como método de impulso.

Dron de tipo ala volante en catapulta

A continuación podéis ver un vídeo de un ala volante despegando desde una catapulta de gomas:

En este otro vídeo podéis ver otro dron despegando desde una catapulta con cohete:

A modo sustitutorio de una catapulta, algunos drones también pueden despegar siendo lanzados a mano (como un avión de papel), si bien ello suele requerir cierta pericia y una segunda persona que controle al dron, al menos durante los primeros segundos tras el lanzamiento.

Dron lanzado a mano

Los drones que necesitan aterrizar en pista por lo general son demasiado pesados como para hacerlo de otra manera.

El uso de pistas también es necesario para aeronaves equipadas con componentes demasiado frágiles como para emplear un aterrizaje más brusco. También puede ser que, simplemente, utilicen algún tipo de combustible inflamable.

Tal y como se dijo al final del apartado sobre el despegue en pista, el aterrizaje se puede realizar en zonas no asfaltadas, si bien ello hará que se resienta mucho más el tren de aterrizaje y fuselaje en general del dron.

Requiere de equipo adicional y su preparación sobre el terreno, si bien evita una mayor cantidad de daños en el fuselaje de la aeronave en comparación a un aterrizaje sin ninguna clase de medio.

Dron aterrizado en red

Da la posibilidad de aterrizar drones de ala fija en zonas remotas sin importar que no haya pistas de aterrizaje ni espacio suficiente en las cercanías. Se utiliza, por ejemplo, cuando se quiere aterrizar un dron de este tipo en un barco, ya sea porque ha despegado mediante una catapulta desde la propia embarcación o porque lo haya hecho desde una pista y no tenga posibilidad de volver.

En el siguiente vídeo, a partir del minuto 2:16 se puede observar el aterrizaje de un dron utilizando una red.

El dron aterriza sobre la parte inferior de su fuselaje, por lo que es recomendable que éste no tenga ningún tipo de dispositivo frágil en dicha zona, tal como una cámara.

Junto a lo anterior, este tipo de aterrizaje, además de requerir de una gran habilidad por parte del piloto, hace sufrir al fuselaje hasta el punto de disminuir drásticamente su vida útil.

Algunos drones utilizan un paracaídas para tratar de disminuir el impacto.

Dentro de esta clasificación se encuentran los drones que reúnen los beneficios tanto de los multicópteros como de los drones de ala fija/volante. Son capaces de despegar y aterrizar en vertical por lo que no necesitan de pistas de aterrizaje ni de elementos adicionales como catapultas o redes, pero además son capaces de propulsarse en horizontal, por lo que tienen la capacidad de cubrir grandes distancias.

Dron de vuelo híbrido

Como contrapartida, su diseño le resta eficacia a su aerodinámica, si bien ya están siendo desarrollados modelos que anulan en gran medida este inconveniente. Adicionalmente, son aeronaves que por lo general tienen un coste superior frente a los demás tipos de drones.

Gran parte de los esfuerzos de los últimos años en el desarrollo de drones profesionales está enfocado en esta tipología debido a su gran versatilidad y eficacia.

Algunos ejemplos de proyectos en los que organizaciones internacionales han licitado para la compra de este tipo de aeronaves están en republicas del Pacífico, generalmente compuestas de archipiélagos que requieren de un método de transporte rápido, eficiente y de bajo coste (en comparación con las soluciones actuales) que permitan el transporte urgente de mercancía entre islas. Otro ejemplo está en la propia África, donde la ausencia de infraestructuras que permitan un transporte rápido de medicinas a aldeas aisladas se suple con el uso de este tipo de drones.

A continuación se muestra el vídeo de un dron híbrido cuyo diseño ha conseguido superar gran parte del lastre aerodinámico de los modelos más comunes de este tipo de aeronave. Además, se puede apreciar con claridad la transición que realiza desde el despegue en vertical hasta lograr el vuelo en horizontal.

A pesar de que el concepto «dron» se refiere únicamente a aeronaves no tripuladas, creemos conveniente describir, al menos brevemente, otros vehículos no tripulados que cumplen funciones equivalentes a las de los drones.

El sentido de estos vehículos reside en su capacidad de realizar tareas en lugares a los que un dron no podría acceder, o bien para tareas que no puedan llevar a cabo de una manera lo suficientemente segura y eficiente.

A diferencia de los drones, los vehículos terrestres no tripulados destacan por su capacidad de permanecer inmóviles y grabar sus alrededores (o cualquier otra tarea) durante una gran cantidad de tiempo consumiendo una cantidad de energía mucho menor. De igual manera, debido a su estabilidad, son también un tipo de herramienta con la que poder interactuar con elementos dentro de situaciones de alto riesgo sin poner a nadie en peligro.

Vehículo terrestre no tripulado

En el siguiente vídeo se muestra cómo este tipo de vehículos inspecciona una zona que, debido a su muy limitado espacio, un dron no podría haber realizado.

Dentro del sector, este tipo de barco no tripulado se conoce con las siglas inglesas de USV (Unmanned Surface Vehicle) y como ASV (Autonomous Surface Vehicle).

Si bien el uso de esta clase de vehículo no tripulado no se encuentra tan extendido como otros, en los últimos años se han estado desarrollando soluciones enfocadas a cuestiones relacionadas con la vigilancia de puertos y aguas territoriales, combate al contrabando, objetivos móviles para ejercicios de entrenamiento e incluso para investigación oceanográfica.

Vehículo acuático de superficie no tripulado

En lo que respecta al diseño, se pueden encontrar plataformas que han sido ideadas desde el principio para que ejerzan funciones propias de un vehículo no tripulado. Otras veces se opta por adaptar vehículos diseñados para ser tripulados (como motos de agua) en no tripulados, una solución de coste más controlado.

Destacar la necesidad de operar esta clase de vehículos desde una altura considerable si va a recorrer grandes distancias, pues de lo contrario la propia curvatura del planeta y el oleaje pueden interferir e incluso llegar a anular la conexión de radio entre el vehículo y la estación de control. De manera limitada, este escollo puede superarse utilizando comunicaciones por satélite como las de Iridium.

Por último, esta clase de dron es conocida como UUV, siglas en inglés cuya traducción sería «Vehículo Subacuático no Tripulado» (Unmanned Underwater Vehicle).

Este tipo de vehículo no tripulado es utilizado principalmente para labores de investigación, ya sea en tareas de carácter militar como la detección de minas submarinas, como de carácter civil en tareas relacionadas con la investigación e inspección, llegando a ser utilizados incluso para realizar trabajos de reparación en plataformas petrolíferas.

Vehículo subacuático no tripulado

Estos vehículos suelen estar programados para realizar tareas de manera automática. Otra opción común es la de controlarlos mediante un cable conectado con la estación de control; ello es debido a que la masa de agua en la que se encuentran sumergidos supone una barrera para las comunicaciones inalámbricas.

Este artículo lo iremos actualizando con nueva información, por lo que si echáis en falta algún tipo de dron o queréis que profundicemos más en la explicación de alguno de ellos, no dudéis en avisarnos en los comentarios.