Drones: impulsando la economía de baja altitud y el crecimiento nacional
06 Jun 2024
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Desarrollo Histórico de los Drones
El desarrollo de drones comenzó poco después del final de la Primera Guerra Mundial. Después de la Segunda Guerra Mundial, muchas potencias militares de todo el mundo convirtieron de forma independiente varios aviones de combate retirados en drones objetivo, una acción que inició el desarrollo moderno de drones. Con los avances en la tecnología electrónica, los drones demostraron cada vez más su superioridad en misiones de reconocimiento. Por ejemplo, durante la Guerra de Vietnam, el ejército estadounidense utilizó con frecuencia drones para explorar objetivos de alto valor o fuertemente defendidos en el campo de batalla.
Desarrollos recientes en la industria
La "Octava Conferencia Mundial de Drones y Exposición Internacional de Sistemas No Tripulados y Economía de Baja Altitud de 2024 / 9.a Exposición Internacional de Drones de Shenzhen / Exposición de Tecnología de Vehículos No Tripulados y Conducción Autónoma", con el tema "Economía de baja altitud, el futuro está aquí", concluyó con éxito en la finales de mayo en Shenzhen, la capital de los drones. A la conferencia asistieron más de 10.000 expertos de la industria, académicos y empresarios de más de 110 países y regiones. El evento contó con más de 30 foros paralelos y más de 60 reuniones de intercambio de productos y tecnología, que abarcaron temas como drones y la economía de baja altitud, transporte digital de baja altitud, servicios de vuelo de baja altitud, innovación y aplicación de tecnología eVTOL, baja altitud. apertura y gestión del espacio aéreo, drones de emergencia logística, robots de inteligencia artificial, vehículos aéreos no tripulados tripulados, autos voladores de baja altitud, vehículos no tripulados de baja velocidad y sistemas acuáticos no tripulados.
Actualmente, la industria de los drones es también un nuevo sector de alta tecnología que involucra numerosos campos, desde la investigación y el desarrollo de productos, la producción y la fabricación hasta el uso, la gestión y los servicios industriales. La cadena industrial abarca muchas áreas de alta tecnología. El upstream incluye principalmente nuevos materiales, como materiales compuestos para cuerpos de drones, equipos de transporte de armas, sistemas de control, dispositivos de lanzamiento y recuperación, y otros componentes. Los mercados descendentes son principalmente militares y civiles, con especial atención a las aplicaciones militares, pero también incluyen la investigación científica, la agricultura, la energía, el transporte, la meteorología y muchas otras industrias. También existe un enorme potencial de desarrollo en el sector civil.
Ya sea la colaboración de DoorDash y Wing en servicios de entrega con drones en Virginia, el espectáculo de luces con drones de Lego que muestra diseños de naves espaciales para niños, el plan del Reino Unido para construir una "supercarretera" con drones o la iniciativa de Aerodome de utilizar drones para la respuesta de emergencia en la escena del crimen, todos estos ejemplos demuestran la Aplicación cada vez más extendida de drones en diversos campos. Incluso un choque brutal entre dos países de Medio Oriente en 2020 puso de relieve el importante papel de los drones, ya que innumerables espectadores se dieron cuenta a través de varios informes de plataformas de que la esencia del desarrollo futuro radica en los drones: ¡aquellos que los controlen dominarán! Se espera que los próximos 10 a 20 años sean un período dorado para el desarrollo de drones, con una demanda del mercado en expansión y avances continuos en alta tecnología, que ofrecen un inmenso potencial de crecimiento.
Introducción a la estructura y los componentes del hardware de drones
1. MarcoEl marco es el esqueleto del dron y soporta todos los componentes electrónicos. Como se muestra en la imagen, todos los componentes electrónicos están fijados al marco para su correcto funcionamiento. El tamaño del bastidor se distingue por la distancia entre ejes, ya que los bastidores más grandes requieren motores más potentes y hélices más grandes; de lo contrario, el dron no podrá despegar. Actualmente, los cuadros están fabricados principalmente de plástico y fibra de carbono. La fibra de carbono tiene mejores propiedades mecánicas pero es más cara.
2. Hélices
Las hélices son de modelos específicos y, según principios físicos, la inercia rotacional de la hélice (con respecto al eje de rotación) es aproximadamente proporcional a la quinta potencia del radio. Por lo tanto, las hélices más grandes responden más lentamente y son menos capaces de cambiar su estado de movimiento (es decir, su velocidad de rotación). Las hélices también vienen en versiones en sentido horario y antihorario. Cuando el motor acciona una sola hélice, genera una fuerza que hace que el dron gire horizontalmente a lo largo del eje central. Para contrarrestar esto, se deben configurar diferentes hélices para que giren en diferentes direcciones; de lo contrario, un dron multirrotor rotaría continuamente después del despegue. Sin embargo, basándose en este principio, la velocidad de rotación se puede utilizar para controlar el movimiento de guiñada del dron. Generalmente, las hélices más pequeñas con altas velocidades de rotación contribuyen a una mayor estabilidad, lo que permite que el dron vuele de manera más constante, pero esto tiene el costo de una menor resistencia.
3. Motores
Los motores utilizados en los drones son motores trifásicos sin escobillas especializados. Estos motores tienen tres terminales (sin polaridad positiva o negativa, lo que permite la rotación inversa cambiando dos terminales cualesquiera). Giran en una dirección, tienen alta potencia de salida, baja fricción y pueden proporcionar una elevación significativa.
El valor KV del motor indica el número de revoluciones por minuto (RPM) que el motor realizará por voltio cuando esté descargado. Por ejemplo, un motor de 400 KV significa que a 1 V, el motor girará 400 veces por minuto sin carga.
Los motores sin escobillas de la misma serie y dimensiones físicas presentarán diferentes características de KV según el número de vueltas de devanado. Los motores con más vueltas de devanado tienen un valor KV más bajo, lo que resulta en una corriente de salida máxima más baja y un par más alto. Por el contrario, los motores con menos vueltas de devanado tienen un valor KV más alto, lo que resulta en una corriente de salida máxima más alta y un par más bajo.
Sin embargo, un valor KV más alto no siempre significa un mejor rendimiento. Con la misma potencia, un valor de KV más alto significa que el motor proporciona menos torque. Por lo tanto, los motores de alto KV se combinan con hélices más pequeñas y los motores de bajo KV se combinan con hélices más grandes. Por ejemplo, un motor de 380 KV normalmente utiliza una hélice de 16 pulgadas de diámetro, mientras que un motor de 980 KV utiliza una hélice de 10 pulgadas de diámetro. Incluso los motores KV más altos pueden estar equipados con hélices pequeñas de 6 o 4 pulgadas, o usarse como ventiladores con conductos (usados en aviones de ala fija, como aviones de combate, para propulsión trasera).
4. Controladores Electrónicos de Velocidad (ESCs)
Los controladores electrónicos de velocidad (ESC) son dispositivos electrónicos que reciben señales de control PWM y regulan la velocidad de los motores. Pueden aceptar señales PWM de un controlador de vuelo Pixhawk o de un receptor de señales y luego controlar la rotación del motor. Actualmente, los drones multirotor suelen utilizar la marca Hobbywing, y los modelos Letai están diseñados específicamente para uso multirotor.
Como se muestra en la imagen, el ESC tiene tres tipos de cables. Los tres conectores circulares negros (conocidos como conectores tipo banana, como se muestra en la segunda imagen de arriba) se conectan al motor sin escobillas sin tener en cuenta la polaridad; invertir dos conexiones cualesquiera invertirá la dirección de rotación del motor. Los cables largos y gruesos negro y rojo se conectan a la fuente de alimentación, con el cable negro conectado a tierra (negativo) y el cable rojo a Vcc (positivo). Es fundamental no invertir estas conexiones, ya que hacerlo dañará el ESC cuando se aplique energía.
Por último, los cables blancos y negros trenzados son los cables de señal, que reciben señales de control y regulan la corriente. El cable negro es la tierra y el cable blanco es la línea de señal, que se conecta al receptor de señal o al extremo de salida del controlador de vuelo.
5. Sensor de corriente
Un sensor de corriente no es sólo un dispositivo que muestra el valor actual; es un módulo que suministra energía al controlador de vuelo. Se conecta a baterías de litio de alto voltaje y genera un voltaje estable para accionar el controlador de vuelo. El sensor de corriente del Pixhawk 4 (como se muestra en la imagen) integra aún más funciones, sirviendo como un centro para suministrar energía a los ESC (actuando como un tablero de distribución de energía) y como una placa adaptadora para el controlador de vuelo (extendiendo múltiples pines). del controlador de vuelo para ayudar a reducir su tamaño).
6. Batería
La batería es la fuente de energía del dron, diseñada específicamente para una alta potencia de descarga y eficiencia. "1S" indica una sola celda de batería de litio en serie (los drones usan baterías de litio conectadas en serie). Por ejemplo, una batería 3S consta de tres celdas de litio en serie. Cuanto más grande sea el dron, mayor será el voltaje requerido. Por ejemplo, un dron de tamaño 450 normalmente usa una batería de litio 3S o 4S, un dron de tamaño 680 usa una batería de litio 6S y los drones muy grandes (con una distancia entre ejes de más de 1000 mm) pueden usar una batería de litio 12S.
Cada celda de batería de litio tiene un voltaje de carga completa de 4,2 V y un voltaje nominal de 3,7 V. Por lo tanto, cuando la batería alcanza su voltaje máximo (4,2V por celda), está completamente cargada, y cuando alcanza su voltaje mínimo (3,7V por celda), ya no se debe utilizar para evitar daños.
Tendencias Futuras de los Drones
1.Logística y EntregaDesde la entrega rápida de bienes cotidianos hasta el transporte puntual de suministros médicos de emergencia, pasando por la función de "mensajeros románticos" que entregan sorpresas y calidez, la industria de la logística y la entrega con drones se ha integrado silenciosamente en la vida cotidiana de las personas. Por ejemplo, empresas como DoorDash y Wing ya han comenzado a probar servicios de entrega con drones para mejorar la velocidad y la eficiencia. En el futuro, los drones podrían convertirse en herramientas comunes para la entrega exprés, especialmente en entornos urbanos y áreas de difícil acceso. ( Página de inicio | Defensebridge )
2. Seguridad Pública y Aplicación de la Ley
La aplicación de drones en la seguridad pública y la aplicación de la ley también se está expandiendo. Los departamentos de policía pueden utilizar drones para vigilancia, seguimiento y respuesta ante emergencias. Por ejemplo, Aerodome ha comenzado a utilizar drones en escenas de crímenes para proporcionar soporte de video y datos en tiempo real. Esta tecnología puede mejorar la eficiencia y la seguridad de las agencias de aplicación de la ley. ( MIT News ) ( Pilot Institute )
Los drones tienen un potencial significativo en la supervisión y el mantenimiento de infraestructuras. Se pueden utilizar para inspeccionar puentes, tuberías, líneas eléctricas y edificios, lo que proporciona soluciones eficientes y rentables. Por ejemplo, en el Reino Unido existen planes para construir una "superautopista" de drones para apoyar el uso de drones en logística y supervisión de infraestructuras. ( MIT News )
La agricultura es otro campo importante para las aplicaciones de drones. Los drones se pueden utilizar para el seguimiento de cultivos, el control de plagas y la fertilización de precisión. Son capaces de proporcionar imágenes y datos de alta resolución, lo que ayuda a los agricultores a aumentar los rendimientos y reducir el desperdicio de recursos.
El uso de drones en el entretenimiento y la educación también está aumentando. Por ejemplo, Lego realizó un espectáculo de luces con drones en el que se mostraban diseños de naves espaciales para niños. Esto demuestra el uso creativo de los drones en el entretenimiento y la educación. ( Página de inicio | Defensebridge )
Los drones desempeñarán un papel importante en las ciudades inteligentes del futuro. Pueden utilizarse para controlar el tráfico, la vigilancia medioambiental y los servicios públicos. Al integrarse con dispositivos de Internet de las cosas (IoT), los drones pueden proporcionar datos en tiempo real para ayudar a los administradores de las ciudades a tomar mejores decisiones. ( MIT News )
7. Desarrollos tecnológicos y regulatorios
A medida que avance la tecnología de los drones, nuevos algoritmos y tecnologías de inteligencia artificial mejorarán aún más la autonomía y la eficiencia de los drones. Por ejemplo, los nuevos algoritmos desarrollados por el MIT pueden ayudar a los drones a realizar tareas en entornos complejos de manera más eficiente. ( Pilot Institute ) Además, a medida que se expandan las aplicaciones de los drones, se seguirán perfeccionando las regulaciones y políticas relacionadas para garantizar la seguridad y la protección de la privacidad de las operaciones con drones.
Los drones se han convertido en un importante apoyo para el desarrollo de la economía de baja altitud
Como industria líder en la economía de baja altitud, los drones tienen una tasa de crecimiento anual superior al 20%, convirtiéndose en un nuevo punto de crecimiento para la economía nacional. Proporcionan nuevos medios para los servicios públicos sociales, apoyando eficazmente la modernización de las capacidades y los sistemas de gobernanza gubernamental. Los drones también ofrecen un nuevo espacio para el desarrollo económico regional, optimizando el diseño económico regional y promoviendo el crecimiento económico regional tridimensional.
Promover vigorosamente el desarrollo de la economía de baja altitud no sólo ayuda a ampliar el espacio de mercado sino que también satisface la demanda inherente de un desarrollo de alta calidad. La economía de baja altitud hereda los modos tradicionales de aviación general al tiempo que integra nuevos servicios de producción a baja altitud respaldados por drones. Basándose en tecnologías de información y gestión digital, forma una forma económica integral altamente dinámica y creativa que se adapta y promueve el desarrollo coordinado en múltiples campos. Para lograr un mejor desarrollo de la economía de baja altitud, la apertura a baja altitud es una tendencia inevitable. Al construir vías aéreas urbanas de baja altitud para apoyar el desarrollo comercial y a gran escala de aplicaciones de drones, también se espera que la economía de baja altitud representada por los drones se convierta en un nuevo motor que impulse el crecimiento social y económico.
