Introducción

Ver un espectáculo de drones debería ser una experiencia increíble.

Los espectáculos con drones son un complemento fabuloso para los eventos de entretenimiento en directo. Tras un periodo de rápida adopción, se han convertido en una parte esencial de cualquier producción de alto nivel, junto con la iluminación, los láseres y los fuegos artificiales, pero con el poder de sorprender y asombrar incluso al público que «lo ha visto todo».

Desafortunadamente, como ocurre con muchas tecnologías nuevas, el rápido crecimiento ha llevado a algunas empresas a priorizar las ganancias por encima de la seguridad. Algunos nuevos participantes en la industria tienen experiencia limitada y aún no saben cómo evaluar completamente sus opciones de compra. Muchas decisiones se basan en el precio, y los problemas solo se hacen evidentes cuando ya es demasiado tarde. La seguridad es una consideración secundaria.

El compromiso de Verge Aero con la seguridad.

Recientemente, algunos accidentes muy sonados han puesto de relieve la importancia fundamental de la seguridad. A medida que los espectáculos con drones se vuelven más ambiciosos y se generaliza su uso, garantizar los más altos estándares de seguridad no debería ser solo un requisito normativo, sino una responsabilidad fundamental. Este informe técnico ilustra lo que Verge Aero considera principios esenciales para un espectáculo con drones seguro y ofrece información a los posibles clientes de espectáculos de luces sobre lo que deben tener en cuenta a la hora de sopesar sus opciones de compra.

¿Qué hace que un sistema de espectáculos con drones sea seguro?

Verge Aero cree que un sistema seguro para espectáculos con drones debe incorporar estos cinco elementos principales:

1. Redundancia de navegación

2. Software adecuado y actualizado

3. Sistemas de geovallas múltiples e independientes

4. Comunicación fiable y de largo alcance

5. Formación y gestión de la seguridad

1. Redundancia de navegación

Esta es, sin lugar a dudas, la característica de seguridad número uno para drones y flotas de drones.

La redundancia es esencial en toda la aviación. Múltiples conjuntos de aviónica (sistemas electrónicos de navegación aeronáutica) proporcionan redundancia a las aeronaves tripuladas. Cualquier dron que opere cerca de personas debería contar con lo mismo.

La mayoría de los drones utilizan un estimador denominado EKF (filtro de Kalman extendido) para navegar con precisión. Este algoritmo calcula la posición, la velocidad y la orientación combinando los datos de sensores como el GPS (sistema de posicionamiento global) y la IMU (unidad de medición inercial).

Desafortunadamente, muchos sistemas de espectáculos con drones que se utilizan hoy en día solo cuentan con un único estimador, y algunos utilizan implementaciones más primitivas. Esto ha provocado que los drones salgan repetidamente de las zonas de vuelo designadas, causando varios accidentes de gran repercusión.

Los estimadores pueden dejar de funcionar correctamente en caso de colisión o fallo del sensor, lo que provocaría que los drones quedaran fuera de control y pudieran traspasar el perímetro de seguridad del espectáculo y volar rápidamente largas distancias. Por lo tanto, los drones con un solo estimador carecen de redundancia y son intrínsecamente menos seguros.

Es fundamental tener en cuenta la diferencia entre estimadores y sensores, y por qué es importante disponer de varios de cada uno. Una serie de sensores proporciona mediciones de la posición, la velocidad y la orientación del dron. Los estimadores EKF están diseñados para evaluar estas mediciones (así como factores no lineales del mundo real, como las ráfagas de viento), rechazar los datos defectuosos y estimar las mediciones más precisas de la posición, la velocidad y la orientación del dron. La guía oficial del software de piloto automático para drones líder en el mundo, PX4, afirma que varios estimadores EKF proporcionan «protección contra una gama más amplia de errores de los sensores».

Muchos sistemas afirman tener una redundancia adecuada mediante el uso de múltiples sensores, pero sin múltiples estimadores. Una configuración como esta da una falsa sensación de seguridad. Estos sistemas son problemáticos porque, como se indica en la Guía PX4, un solo estimador solo puede acomodar «un número limitado de fallos de sensores» y no puede identificar datos de sensores inexactos, lo cual es un problema aún mayor. Un sistema con sensores redundantes, pero sin estimadores redundantes, solo protege contra la pérdida de datos de los sensores y no contra la inexactitud de los mismos, lo cual es mucho más común e importante.

La plataforma para espectáculos con drones Verge Aero® ha incorporado la redundancia de navegación desde sus inicios. El dron insignia X7™ cuenta con dos conjuntos independientes de sensores de navegación, lo que permite cuatro estimadores. El dron X1™, el más versátil, cuenta con tres conjuntos de sensores de navegación, lo que permite seis estimadores. La redundancia adicional del X1 lo hace ideal para operaciones más exigentes, como el despliegue de dispositivos pirotécnicos.

2. Software adecuado y actualizado

Para funcionar correctamente, los estimadores de un dron deben estar respaldados por un software de piloto automático adecuado. La mayoría de los drones utilizan PX4, que ha sido objeto de importantes actualizaciones en sus funciones de seguridad a lo largo de los años. Solo las versiones recientes (1.15 en adelante) hacen un uso completo de múltiples estimadores. Al igual que es importante mantener la seguridad de los ordenadores con actualizaciones del sistema operativo, es esencial incorporar las últimas mejoras de seguridad del piloto automático en los drones.

Del mismo modo, el software de diseño y control unificado creado específicamente para espectáculos con drones suele ser más seguro que utilizar un conjunto heterogéneo de aplicaciones de software sujetas a incompatibilidades y errores involuntarios. El software adecuado para espectáculos con drones calcula automáticamente las trayectorias de vuelo de cada dron a lo largo de toda la secuencia de vuelo y las valida matemáticamente para evitar colisiones.

Un software adecuado también ayuda a evitar errores. En la aviación tripulada, el piloto se centra en pilotar el avión y no en realizar tareas que pueden automatizarse fácilmente. La aviónica moderna ha optimizado las operaciones para automatizar los procesos propensos a errores humanos y, por lo tanto, aumentar la seguridad. La FAA reconoce desde hace tiempo las ventajas de la automatización para reducir la carga de trabajo de los pilotos y el riesgo de accidentes.

Lo mismo ocurre con los espectáculos con drones. El piloto debe poder confiar en que el sistema realizará el espectáculo de forma segura para poder centrarse en su función de seguridad. Las vulnerabilidades críticas para la seguridad, como la resolución de conflictos en la trayectoria de vuelo, no deben gestionarse manualmente ni con software de terceros. No debe haber margen para el error humano a la hora de validar si un espectáculo con drones puede volar de forma segura.

Verge Aero invierte continuamente en I+D para implementar tecnología de vanguardia. La automatización es un componente importante del sistema Verge Aero. Nuestro software subyacente calcula las trayectorias de vuelo para toda la secuencia de vuelo, desde el giro de las hélices hasta el aterrizaje de la aeronave, y valida matemáticamente las trayectorias de vuelo para garantizar que no se crucen antes de que el espectáculo comience. Contar con esto en un paquete tecnológico completamente integrado maximiza tanto la seguridad como la eficiencia, al tiempo que hace que el proceso de creación del espectáculo sea sencillo y fácil de usar.

3. Sistemas de geovallas múltiples e independientes

Una geovalla es un límite virtual que rodea el área de exhibición de un espectáculo de drones. Cuando funciona correctamente, evita que los drones salgan del área de vuelo designada. Las geovallas múltiples alimentadas por procesadores independientes aumentan la redundancia y la seguridad.

La mayoría de los sistemas de espectáculos con drones utilizan tanto una geovalla «blanda» como una «dura»:

• Una geovalla suave es un límite virtual que activa un comando de «regreso al punto de partida» o «aterrizaje» cuando un dron lo traspasa.

• Una geovalla rígida abarca todo el espacio aéreo del espectáculo y hace que los motores del dron se apaguen inmediatamente y que este caiga en caída libre al suelo si lo traspasa (tras haber ignorado primero la geovalla flexible).

La plataforma para espectáculos con drones Verge Aero utiliza un sistema de geovalla triple redundante que consta de una geovalla blanda «burbuja dinámica», una geovalla rígida y una geovalla rígida de trayectoria predictiva. Estas tres geovallas garantizan que los drones permanezcan dentro de la zona operativa segura, evitando accidentes causados por drones fuera de control. (Para un nivel adicional de redundancia, dos de las tres geovallas están alimentadas por ordenadores independientes a bordo).

Geovallas suaves frente a geovallas «dinámicas»

Una geovalla blanda estándar se encuentra dentro de la geovalla rígida y actúa esencialmente como una geovalla rígida secundaria. Un dron debe terminar inmediatamente su misión al alcanzar este límite, ejecutando una función de «regreso al punto de partida» o de aterrizaje controlado.

De forma única, la geovalla blanda de Verge Aero consiste en múltiples «burbujas dinámicas» que proporcionan a cada dron sus propias geovallas independientes y móviles. Véase la imagen 1 para ver una ilustración de la geovalla de burbujas dinámicas en contraste con el concepto estándar de geovalla blanda.

La geovalla dinámica de Verge Aero mantiene al dron a pocos metros de su posición objetivo, en lugar de permitir que se desvíe potencialmente mucho de su rumbo antes de que finalice la misión. Si un dron se desvía lo suficiente de su trayectoria de vuelo como para salir del radio de su «burbuja», aterriza inmediatamente descendiendo verticalmente de forma controlada hasta alcanzar el suelo y apagar los motores.

Por el contrario, las geovallas blandas estándar solo activan una orden de «regreso al punto de partida» al alcanzar un límite que es, en esencia, ligeramente más pequeño que todo el espacio aéreo del espectáculo. Cuando un dron alcanza este punto, es posible que se encuentre a una distancia considerable de su trayectoria de vuelo prevista. Verge Aero ha descubierto que el enfoque de «burbuja dinámica» es una forma mucho más eficaz de mantener la seguridad de un espectáculo con drones que una geovalla blanda estándar.

Geovallas rígidas y geovallas de «trayectoria predictiva»

En muchos aspectos, las geovallas tradicionales no son ideales para los espectáculos con drones. A diferencia de otros modos de aviación, en los que las aeronaves pueden volar en cualquier lugar dentro de un espacio determinado, los espectáculos con drones están coreografiados con precisión. Los drones están programados para volar por una ruta específica y predeterminada. El sistema de control siempre sabe dónde se encuentra un dron y dónde debe estar. De lo contrario, el vuelo debe interrumpirse inmediatamente.

Por lo general, es evidente que algo ha salido mal mucho antes de que un dron alcance la geovalla rígida. Por eso Verge Aero considera que una geovalla de trayectoria predictiva es muy útil. Si un dron fuera de control alcanza la geovalla rígida, el impulso lo impulsará más allá de este límite, incluso si sus motores se apagan inmediatamente. Es mejor aterrizar un dron tan pronto como se detecten anomalías para evitar cualquier violación de la geovalla rígida, que es el concepto detrás de la geovalla de «trayectoria predictiva» de Verge Aero. Este sistema predice si un dron violará la geovalla rígida en el futuro teniendo en cuenta su impulso y apaga los motores del dron a tiempo para que aterrice dentro de la geovalla rígida, como se ilustra en la imagen 2 a continuación.

4. Comunicación fiable y de largo alcance

Imagina que eres el piloto de un espectáculo con drones y te acaban de avisar de que se aproxima rápidamente una aeronave tripulada. Tienes que detener el espectáculo inmediatamente, pero la flota se encuentra a unos cientos de metros de la plataforma de lanzamiento. Gracias al fiable enlace de comunicación de largo alcance que tienes con cada dron, puedes aterrizar la flota de forma inmediata y segura.

La comunicación de emergencia de largo alcance es otro elemento de seguridad crucial de un sistema de espectáculos con drones. Su concepto es sencillo: si no se puede comunicar con todos los drones en un momento dado, no se puede aterrizar la flota de forma segura en caso de emergencia. Si la comunicación no está garantizada, aumenta el riesgo de accidentes.

Muchos sistemas de espectáculos con drones utilizan WiFi como principal medio de comunicación. Sin embargo, el WiFi no siempre es fiable cuando se vuela en entornos urbanos o congestionados, ya que hay muchas posibles fuentes de interferencias y congestión de frecuencias. El WiFi tampoco ofrece comunicación punto a punto de largo alcance sin la instalación de hardware adicional en tierra para amplificar la señal, lo que introduce otro posible punto de fallo.

Sin un enlace de comunicación fiable y de largo alcance con cada dron, no se puede garantizar el funcionamiento de los procedimientos de seguridad. Cuanto más sólida sea la comunicación del operador, más información tendrá para supervisar el estado de todo el sistema y tomar medidas preventivas rápidas si es necesario.

El enfoque de Verge Aero para las comunicaciones de emergencia de largo alcance se basa en la fiabilidad y la redundancia. Nuestro sistema utiliza tres enlaces de comunicación (todos ellos destinados a la comunicación punto a punto de largo alcance) que operan en dos bandas. Cuenta con un sistema de radio de telemetría de doble banda y una radio de largo alcance:

• La radio de telemetría es una radio de doble banda con alcance medio (más de 500 metros) y mayor ancho de banda (2,4 GHz y sub-1 GHz).

• La radio de largo alcance tiene un alcance teórico de 15 km y un alcance práctico de 5-10 km, y se utiliza para todos los mensajes críticos para la seguridad.

5. Formación y gestión de la seguridad

Gran parte de lo que ha creado una industria de la aviación comercial increíblemente segura es igualmente relevante para los drones. La formación rigurosa, los sistemas de gestión de la seguridad y las directrices para la toma de decisiones aeronáuticas forman parte de la seguridad aérea, ya sea tripulada o no tripulada. Los detalles aparentemente insignificantes suelen tener un impacto dramático en la ejecución del espectáculo, por lo que es esencial operar siempre con el máximo nivel de profesionalidad.

Los pilotos de drones deben someterse a los mismos programas de formación inicial y continua que se aplican habitualmente a otros pilotos comerciales. A medida que adquieren experiencia, están preparados para asumir espectáculos cada vez más complejos. Es fundamental que los fabricantes de equipos apoyen a los pilotos con programas de formación completos y continuos para que adquieran competencia. Los pilotos deben conocer a la perfección la tecnología para poder responder rápidamente a imprevistos. La formación y la experiencia práctica son esenciales para desarrollar pilotos de primer nivel.

Además, los pilotos deben contar con el apoyo de operaciones centradas en el control de calidad para poder utilizar drones en buen estado. Las empresas que cuentan con un sistema integral de gestión de la seguridad están en mejor posición para evaluar y mitigar los riesgos en todos los aspectos de su actividad. Es necesario fomentar una cultura de seguridad saludable para garantizar que se identifiquen y aborden los posibles problemas.

Por último, los pilotos deben estar bien descansados y ser capaces de pensar con claridad para tomar buenas decisiones. ¡Los pilotos no se limitan a pulsar «Go» y luego sentarse y relajarse! Deben estar involucrados al 100 % y operar a pleno rendimiento. El cansancio, la complacencia y el estrés afectan a la capacidad del piloto para gestionar los riesgos y mantener la conciencia situacional. El cumplimiento de los principios establecidos para la toma de decisiones aeronáuticas ayuda a garantizar la seguridad de los espectáculos con drones.

El compromiso de Verge Aero con la seguridad

Todos los pasajeros de las aerolíneas comerciales esperan que los viajes aéreos sean una experiencia segura y sin incidentes, y con razón. Un siglo de aviación tripulada ha dado lugar a una industria con un historial de seguridad increíble. Menos de uno de cada millón de vuelos sufre un accidente: los que provocan víctimas mortales son aún menos. Este extraordinario historial es el resultado de décadas de regulaciones estrictas, avances tecnológicos, sistemas de seguridad redundantes, formación exhaustiva y el compromiso de mejorar la seguridad en el futuro aprendiendo continuamente de los errores del pasado.

Los drones son vehículos aéreos y deben operarse con la misma profesionalidad y responsabilidad que cualquier otra aeronave.

La experiencia de un espectador en un espectáculo con drones no debería ser diferente. Aprovechando las mejores prácticas de la aviación convencional, los espectáculos con drones pueden ser igual de seguros. Verge Aero ha adoptado este enfoque desde sus inicios, diseñando sistemas desde cero teniendo en cuenta la redundancia y la seguridad, y actualizándolos continuamente para aprovechar al máximo las nuevas tecnologías.

De cara al futuro, animamos al sector a adoptar las mejores prácticas para maximizar y priorizar la seguridad. Un solo fallo puede provocar daños a la reputación, pérdidas económicas y, lo que es más importante, posibles daños a los espectadores. Los espectáculos con drones tienen un gran potencial. No lo echemos a perder por ahorrar en seguridad.

Preguntas que hay que hacer al evaluar un sistema de espectáculos con drones

¿El sistema tiene una verdadera redundancia de navegación al utilizar múltiples estimadores?

• Se necesitan múltiples estimadores y sensores independientes. Un sistema redundante adecuado cuenta con al menos dos conjuntos de IMU (sensores), que ejecutan cuatro EKF (estimadores) independientes.

¿Está actualizado el software de control?

• Si los drones utilizan el piloto automático PX4, ¿es la versión 1.15 o una más reciente? Esta versión del piloto automático PX4 incorpora múltiples mejoras de seguridad.

¿Cómo funciona el sistema de geolocalización?

• Contar con múltiples geovallas maximiza la seguridad y la redundancia. ¿Cada una de ellas funciona con procesadores independientes?

¿Cuántos enlaces de comunicación de emergencia de largo alcance se utilizan? ¿Son de banda dual o de banda única? ¿El WiFi es el enlace principal?

• Lo ideal son tres enlaces de comunicación punto a punto, incluido un sistema de radio de doble banda.

• Es probable que la conexión WiFi no sea fiable en zonas congestionadas.

¿Qué software se utiliza para crear y ejecutar el espectáculo? ¿Está totalmente integrado?

• Lo ideal es que la secuencia de lanzamiento se genere automáticamente mediante el mismo software que controla el resto del espectáculo.

¿Cuál es el historial de seguridad de la empresa y los pilotos que operan el espectáculo?

• ¿Cómo se forma a sus pilotos? ¿Cuál es su sistema de gestión de la seguridad?

• ¿Con qué frecuencia han experimentado drones que se escapan o se salen de control?

¿Cuál es el historial de seguridad de la tecnología de drones utilizada en el espectáculo?

• ¿Ha estado involucrado el mismo tipo de dron en accidentes con otros operadores?

¿Cuánta experiencia tiene el piloto?

• ¿En cuántos espectáculos han volado? ¿Cuánto entrenamiento han recibido? ¿Son empleados a tiempo completo?

Acerca de los autores

Nils Thorjussen, Anthony Merlino, Christopher Franzwa y Tony Samaritano cuentan con más de cuarenta años de experiencia combinada en el desarrollo y avance de tecnologías para espectáculos con drones. Han contribuido a impulsar el campo del entretenimiento con espectáculos con drones gracias a la creación del sistema llave en mano Verge Aero. Sus esfuerzos, combinados con los de los miembros del equipo de Verge Aero desde su fundación en 2016, han llevado los espectáculos con drones a la vanguardia de los eventos mundiales y han ayudado a consolidar este medio como un elemento básico del entretenimiento en directo.

Hoy en día, el sistema Verge Aero es utilizado por equipos de producción profesionales de todo el mundo. Se ha utilizado para espectáculos aéreos en eventos de gran repercusión, como la celebración de la victoria del presidente electo Biden, America's Got Talent: Extreme, las celebraciones del 4 de julio de Macy's en la ciudad de Nueva York, festivales como Lollapalooza, la demolición festiva del hotel y casino Tropicana en Las Vegas, y muchos más.

Verge Aero cuenta con el reconocimiento mundial de autoridades aeronáuticas como la Administración Federal de Aviación (FAA) y la Agencia Europea de Seguridad Aérea (EASA). Obtenga más información sobre las ventajas de Verge Aero en materia de seguridad aquí.

Para más información, póngase en contacto con media@vergeaero.com.