La mayoría de los sistemas de espectáculos con drones se basan en un modelo sencillo de geovalla con dos límites, heredado de los drones de consumo. El enfoque de Verge Aero es radicalmente diferente: tres capas independientes, dos de las cuales se ejecutan en procesadores distintos del controlador de vuelo, diseñadas para detectar problemas de forma temprana, y no solo cuando se alcanza el límite.

El antiguo modelo de geovallas «Hard & Soft»

El enfoque tradicional utiliza dos límites concéntricos alrededor del espacio aéreo del espectáculo. Una geovalla blanda situada en el borde exterior activa una alerta cuando un dron se acerca demasiado, lo que da al piloto la oportunidad de intervenir. Una geovalla dura situada justo más allá de esa primera geovalla apaga los motores del dron si este traspasa el límite absoluto.

Sobre el papel, esto parece razonable. En la práctica, presenta graves carencias.

En primer lugar, ambas zonas de exclusión se miden desde el límite del espacio aéreo del espectáculo, no desde la posición prevista del dron. Un dron puede desviarse decenas de metros de su trayectoria prevista —posiblemente hacia el público— y no activar nunca ninguno de los dos límites, siempre y cuando se mantenga dentro del perímetro general.

En segundo lugar, la geovalla fija es puramente reactiva: responde cuando un dron cruza la línea. Pero, a las velocidades típicas de vuelo de los espectáculos con drones, el impulso hace que el dron siga avanzando mucho más allá del límite una vez que se apagan los motores. Un sistema que responde al llegar al límite ya ha perdido la carrera.

En tercer lugar, en muchas implementaciones, ambas geovallas comparten un procesador con el controlador de vuelo. Un único fallo de software puede desactivar las tres simultáneamente, precisamente el escenario que los sistemas de seguridad están destinados a evitar.

La arquitectura de tres capas de Verge Aero aborda directamente cada una de estas carencias.

Geovalla blanda «Dynamic Bubble»

La «Soft Geofence» es la primera línea de defensa y difiere fundamentalmente de la concepción que la mayoría de la gente tiene del geofencing. En lugar de trazar un límite fijo en el borde del espacio aéreo de la exhibición, la «Soft Geofence» de Verge Aero —denominada «Dynamic Bubble» — se desplaza junto con la posición prevista de cada dron a lo largo del vuelo.

En una geovalla estándar, un dron puede desviarse decenas de metros de su trayectoria prevista y seguir estando dentro de los límites, siempre y cuando no haya alcanzado el límite exterior. En un espacio aéreo de gran envergadura, ese tipo de desviación puede pasar desapercibida hasta que se convierta en un peligro. La «burbuja dinámica» elimina esta laguna. Cada dron debe permanecer dentro de un radio reducido de su posición objetivo en todo momento del vuelo, y no solo dentro del espacio aéreo más amplio.

Esto es importante por varias razones. En primer lugar, los errores de navegación y la deriva por el viento se detectan a tiempo, mientras el dron aún se encuentra dentro de la zona de seguridad y hay tiempo para corregirlos. En segundo lugar, la «burbuja dinámica» proporciona una señal continua del estado del dron: si un dron tiene dificultades constantes para mantenerse dentro de su burbuja, eso es un indicador en tiempo real de un problema de navegación o de hardware ante el que el operador en tierra puede actuar.

En tercer lugar, y lo más importante, la «Dynamic Bubble» garantiza que la geovalla flexible sea lo suficientemente estricta para cada dron, independientemente de la superficie que ocupe el espectáculo. Tanto si el espacio aéreo tiene 50 metros de ancho como si tiene 500, la «Dynamic Bubble» garantiza la precisión a nivel de cada aeronave. Un dron que se desvía 10 metros de su ruta en un espacio aéreo de 50 metros es una situación muy diferente a la de uno que se desvía 10 metros en un espacio aéreo de 500 metros; sin embargo, la «Dynamic Bubble» trata ambos casos con la misma seriedad, ya que la función del dron es siempre situarse en su posición objetivo, y no simplemente encontrarse en algún punto dentro de los límites del espectáculo.

El «Soft Geofence» funciona en uno de los ordenadores de a bordo independientes del dron —distinto del controlador de vuelo principal—, por lo que un fallo en el software del piloto automático no puede desactivarlo.

Geovalla de trayectoria predictiva

El principal reto de cualquier geovalla es la física. Un dron no se detiene en el momento en que se apagan sus motores. A las velocidades típicas de vuelo de los drones de exhibición, un cuadricóptero sigue avanzando por su propio impulso una distancia considerable después de que se elimine el empuje. Una geovalla que solo reacciona cuando un dron cruza una línea ya ha perdido la carrera: el dron traspasará el límite antes de poder detenerse, incluso si el sistema reacciona al instante.

El sistema «Predictive Trajectory Geofence» de Verge Aero resuelve este problema anticipándose a los acontecimientos en lugar de reaccionar en el momento. En lugar de esperar a que el dron alcance el límite físico, este sistema proyecta continuamente la trayectoria actual del dron hacia el futuro. Si la trayectoria proyectada indica que el dron va a traspasar el límite físico —teniendo en cuenta su velocidad actual, su dirección y las leyes de la física relativas a la desaceleración—, el sistema activa el corte de los motores en ese mismo instante, antes de que se produzca la infracción.

No se trata de una simple alerta de proximidad. La geovalla predictiva tiene en cuenta el vector de velocidad real del dron, no solo su distancia al límite. Un dron que se desplaza lentamente y en paralelo al límite se trata de forma muy diferente a uno que se mueve rápidamente hacia él, aunque ambos se encuentren a la misma distancia. El cálculo del tiempo hasta el límite tiene en cuenta curvas de desaceleración realistas, por lo que el corte se activa con el margen justo necesario para detener el dron dentro del límite físico, incluso en el peor de los casos en cuanto a impulso.

El resultado práctico es que un dron que sufra un fallo grave de navegación —uno que ya haya eludido las correcciones de la «burbuja dinámica» y se encuentre ahora en una trayectoria hacia el límite del espacio aéreo del espectáculo— será detenido antes de que llegue al límite físico. La «geovalla física», que se describe más adelante, se convierte en un verdadero último recurso, en lugar de ser la primera barrera entre un dron fuera de control y el público.

Al igual que la «Dynamic Bubble», la «Predictive Trajectory Geofence» funciona mediante un ordenador de a bordo independiente. Ninguno de los dos sistemas comparte procesador con el controlador de vuelo, lo que significa que ninguno de ellos puede quedar inhabilitado por un fallo del software del piloto automático. Ambos pueden permanecer activos incluso si el sistema de vuelo principal falla por completo.

Geovalla rígida

La «Hard Geofence» es la última capa y está diseñada para ser sencilla a propósito: un límite exterior absoluto que abarca todo el espacio aéreo del espectáculo. Si un dron alcanza este límite, la respuesta es inmediata e ineludible: se apagan los motores, sin excepciones.

A diferencia de la «burbuja dinámica» y de la «geovalla de trayectoria predictiva», la «geovalla rígida» es puramente reactiva. No está diseñada para prevenir errores ni predecir trayectorias. Su función es imponer un límite incondicional a la distancia que puede recorrer cualquier dron, independientemente de los fallos que puedan haber en los demás sistemas. Incluso si la «burbuja dinámica» no detectara una desviación y la «geovalla de trayectoria predictiva» no interviniera, la «geovalla rígida» permanece activa y a la espera.

La geometría de la «Hard Geofence» no es arbitraria. Se establece a una distancia suficiente de las zonas de público del espectáculo para garantizar que un dron que vuele a la velocidad operativa máxima no pueda traspasar este límite y llegar a una zona protegida, incluso teniendo en cuenta el impulso que conserva tras el corte de los motores. En otras palabras, para cuando un dron que vuela a toda velocidad alcance el límite de la «Hard Geofence» y se le corten los motores, las leyes de la física garantizan que se detendrá antes de llegar al público.

Este cálculo se realiza de forma deliberada, no desde un punto de vista optimista. El límite de la geovalla rígida está situado de tal manera que, incluso en el peor de los casos —un dron que alcance el límite a máxima velocidad—, la situación siga siendo segura. Esta es la garantía definitiva: incluso si un dron lograra, de alguna manera, burlar las dos primeras capas del sistema de geovallas, la geovalla rígida define el límite absoluto de desplazamiento.

Procesadores independientes: sin un único punto de fallo

Estos tres sistemas serían considerablemente menos eficaces si funcionaran en el mismo hardware. Un fallo del procesador, un error de software o un estado de memoria dañado podrían inutilizarlo todo al mismo tiempo. Este es el modo de fallo que la redundancia de hardware está diseñada para evitar, y es el mismo principio que se aplica a los sistemas críticos para el vuelo en la aviación tripulada.

En el dron X7 de Verge Aero, las funciones «Dynamic Bubble» y «Predictive Trajectory Geofence» se ejecutan en ordenadores de a bordo independientes, separados del controlador de vuelo principal. La función «Hard Geofence» se ejecuta en un procesador de seguridad específico. Esto significa que las tres capas de geovallado funcionan de forma independiente, tanto a nivel de software como de hardware.

La consecuencia práctica: un error en el software del piloto automático que provoque un fallo en el controlador de vuelo principal no desactiva las geovallas. Un fallo de hardware en el procesador de geovallas no afecta al controlador de vuelo. Cada sistema es una isla independiente. No se trata simplemente de una ingeniería «por si acaso», sino de la eliminación deliberada de puntos únicos de fallo en todos los niveles del sistema.

Esta arquitectura es una de las razones por las que Verge Aero es el único fabricante de drones en enjambre que cuenta con la homologación del Informe de Verificación de Diseño (DVR) de la EASA, la certificación más alta de la Agencia Europea de Seguridad Aérea para sistemas de espectáculos con drones. Los procesadores independientes de geovallado son un elemento fundamental de lo que refleja dicha homologación.

Un sistema diseñado para evitar los problemas antes de que surjan

Lo más importante que hay que entender sobre la arquitectura de geovallas de Verge Aero es el orden en el que se prevé que actúen estos sistemas. La «Dynamic Bubble» está diseñada para detectar desviaciones antes de que se conviertan en peligros. La «Predictive Trajectory Geofence» está diseñada para detener los drones fuera de control antes de que alcancen la geovalla rígida. La «Hard Geofence» está diseñada para ser el último recurso de seguridad que nunca tiene que activarse.

En una operación bien gestionada, con hardware y software en buen estado de funcionamiento, las tres capas están activas en todo momento, pero solo la «burbuja dinámica» debería tener que responder en algún momento. La geovalla de trayectoria predictiva y la geovalla rígida existen para aquellos casos en los que ya se ha producido algún imprevisto. No se trata de hipótesis optimistas incorporadas a la arquitectura, sino del reconocimiento por parte de los ingenieros de que, en un sistema complejo en el que intervienen cientos de aeronaves, tarde o temprano se producirá algún imprevisto, y el sistema debe estar preparado para ello.

Esa preparación marca la diferencia entre un sistema de geovallado diseñado para espectáculos con drones y uno adaptado a partir de hardware de consumo. Verge Aero ha creado estas tres capas desde cero —integradas en el X7 desde su concepción, no añadidas a posteriori— y las ha integrado con Verge Design Studio para que los operadores puedan visualizar el perímetro completo del geovallado antes de cada espectáculo.

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Para obtener más información sobre el enfoque de Verge Aero en materia de seguridad en los ámbitos de la navegación, el software, las comunicaciones y la formación, visita nuestra página de Seguridad, explora el sistema al completo o lee la Guía esencial sobre seguridad en espectáculos con drones.