¿Puede volar un dron con 3 hélices?

Lo que dice la ciencia

En 2014 se publicó un estudio que analizaba exactamente esta cuestión. Se presentó en la conferencia internacional sobre robótica y automatización (ICRA). El trabajo analiza cómo un dron de cuatro hélices mantiene una altura alrededor de una posición en el espacio a pesar de haber perdido una sola, dos hélices opuestas o tres hélices.

En cada una de las situaciones para controlar el dron el dron tuvo que controlar alrededor de un acceso primario. Esto significó que es posible que un dron vuele con tres hélices si ha sido programado específicamente para luego girar alrededor y alrededor al perder una hélice.

Así es como se ve cuando un dron pierde una hélice y ha sido programado para girar alrededor de un eje y luego aterrizar automáticamente de forma suave. Es bastante impresionante que el dron pueda actuar sobre el incidente tan rápidamente:

Este algoritmo utiliza inicialmente las hélices restantes para poner el dron en un giro horizontal flotante. Tras asegurar la estabilidad del dron alterando selectivamente el empuje de cada hélice, dirige el núcleo del cuadricóptero inclinando el ángulo de giro. A continuación, disminuye el empuje lentamente y facilita el descenso del dron hasta un aterrizaje controlado.

Interesantemente, el algoritmo también funciona si sólo una hélice está operativa. Aquí está el vídeo del dron que también pierde con las hélices:

Los métodos de los que hablan los científicos también podrían ser una aplicación para diseñar vehículos giratorios que podrían ser diseñados para tener tan solo una hélice. Esto haría que su producción fuera mucho más barata que la de un dron con cuatro hélices, a costa de no poder controlar toda la altitud del vehículo ni su estabilidad.

Drone que puede volar con una sola hélice

El mismo grupo de investigadores del que hemos hablado anteriormente se hizo eco de su investigación en la BBC. En este vídeo demuestran el dron que fue diseñado para volar con una sola hélice. Realmente querían empujar el límite de lo que podían hacer con los drones y hay un vídeo en el enlace, arriba, que muestra lo mucho que tiene que girar el dron para mantenerse estable con una sola hélice.

Entonces, los drones pueden ser programados para volar (bueno… girar) cuando sólo tienen tres hélices funcionales. Por qué exactamente los drones necesitan cuatro hélices? Echemos un vistazo a esa pregunta ahora.

¿Por qué los drones tienen cuatro hélices?

Los drones son engañosamente difíciles de mantener en el aire. Requieren una enorme cantidad de ingeniería y control de software para mantenerlos estables. La razón por la que tenemos cuatro hélices en un dron es porque esta es una de las formas más económicas de mantener el dron equilibrado y también estable en toda la gama de condiciones que los drones encuentran.

Es necesario tener un número par de hélices que giren en el sentido de las agujas del reloj y en sentido contrario para evitar que la aeronave gire sin control. Al tener cuatro puntos separados que tienen un empuje variable, el dron también es capaz de superar cualquier inestabilidad lateral, delantera y trasera, o de rotación, aumentando o disminuyendo la velocidad de cada uno de los cuatro motores.

Esto no ocurre tan eficientemente con dos hélices y por eso la siguiente cantidad par de hélices es cuatro. Por eso los drones tienen que tener cuatro hélices para mantenerse estables y equilibrados a lo largo de sus movimientos.

¿Qué pasa con más hélices?

Los drones también pueden tener seis u ocho hélices pero siguen las mismas reglas que las anteriores:

• un número par de hélices
• distribuidas simétricamente alrededor del cuerpo del dron
• una cantidad igual que gire en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario
• que se pueda controlar individualmente para los movimientos.

El único límite al número de hélices que se tiene alrededor de un dron es el espacio físico que se puede dar a cada hélice. Si se acercan demasiado unas a otras, el dron no podrá tener un flujo de aire eficiente a través de las superficies de las hélices y será significativamente más inestable.

Todo es un acto de equilibrio para mantener el dron en el aire con la menor cantidad de peso (motores y hélices) posible.

En la parte menos científica del espectro, ha habido un experimento en YouTube con un DJI Phantom para. Echemos un vistazo a ese experimento ahora – aunque no está basado en la ciencia sigue siendo muy interesante.

Experimento en YouTube con un DJI Phantom 4

En este vídeo la premisa era relativamente sencilla. El experimentador cogió un DJI Phantom para con cuatro hélices completas y fue picando poco a poco la longitud de una de las hélices. Quitaron alrededor de 1 pulgada de cada lado de la hélice hasta que quedó muy poco.

Desde el vídeo se puede ver que aunque las palas fueron cortadas con una sierra y dejan un borde rasgado no es hasta que se ha quitado la mayor parte de la hoja que hay un problema con la estabilidad.

La clave es que el dron gira alrededor de su eje debido a los movimientos desequilibrados de las hélices en el sentido de las agujas del reloj y en sentido contrario. Esto es una señal de que el dron está al límite de su estabilidad, ya que al despegar más se voltea el dron en lugar de girar.

Qué puedes hacer si se te rompe una hélice durante un vuelo

Si estás volando y accidentalmente astillas o dañas de alguna manera una hélice hay algunas cosas que puedes hacer. Sin embargo, no puedes recuperar completamente un dron DJI si pierdes completamente una hélice. No tiene los mecanismos por los que estabilizarse todos los algoritmos que le permiten aterrizar de forma segura y protegida como los drones que hemos mencionado en el experimento científico, más arriba.

Aquí, echaremos un vistazo a lo que puede hacer si accidentalmente se astilla o daña una hélice mientras vuela:

• Quita las manos de los mandos: si tu dron tiene una función de estabilización automática, lo mejor que puedes hacer es darle una oportunidad al dron para que, si notas algún problema con la estabilidad del dron o si ha entrado en contacto con algo, quites las manos del mando a menos que necesites alejarte de un peligro inminente.
• Busca giros – si tu dron está girando después de entrar en contacto con cualquier cosa en el entorno inmediato es un indicador de que tu dron está casi a punto de caer del cielo y no ser capaz de volar más.
• Vuelve a aterrizar si es seguro – si astillas o rompes una hélice durante un vuelo y el dron está todavía en el aire puedes ser capaz de maniobrar con seguridad de vuelta al lugar de aterrizaje. Si no puedes hacerlo, aterriza inmediatamente en la zona más segura y acércate al dron para recogerlo.
• Sustituye las hélices – no hace falta decir que si tienes las hélices dañadas (por poco que sea) debes sustituirlas. Al igual que los neumáticos de un coche, la hélice de un dron es lo único que realmente se mantiene en el cielo e incluso una pequeña fractura puede convertirse fácilmente en algo más durante las fuerzas de rotación mientras vuela. En caso de duda, sustituya todas las hélices y deseche las viejas.
• No intente atrapar el dron: si está volando por encima de usted y el dron está cayendo hacia usted, apártese y no intente atrapar el dron. Esto se debe a que las hélices giran a una velocidad muy alta, lo que significa que pueden causar fácilmente daños en los tejidos blandos. Sobre todo si tienen bordes afilados debido a los daños.

Si el dron está fuera de control puede ser relativamente peligroso. Echa un vistazo a mi otro artículo – ¿son peligrosas las aspas de los drones? [Artículo completo sobre la seguridad de las aspas) – haga clic aquí.

¿Son peligrosas las aspas de los drones?

Una hélice rota es mucho más afilada que una hélice de dron típica, por lo que cualquier consejo sería asegurarse de no entrar en contacto con la pala del dron que gira si se ha dañado o desprendido. Las palas de los drones pueden ser muy peligrosas porque pasan un número muy elevado de revoluciones y, si se rompen, girarán más rápido de lo habitual. El borde de ataque afilado de la cuchilla puede cortar fácilmente y un tejido blando y causar una laceración que no pueden causar un daño significativo para que un dedo se quitará, por ejemplo.

Si quieres proteger las palas puedes utilizar protectores de hélice – la mayoría de los drones vienen con protectores de hélice y protegerán las palas del dron así como cualquier cosa del entorno. Deberías hacer esto si estás volando en un entorno nuevo o con obstáculos que sobresalen o están muy cerca.

Conclusión

Los drones se mantienen en el aire porque han sido diseñados y pensados para mantenerse perfectamente equilibrados mientras vuelan.

Cuatro hélices es el mínimo con el que un dron puede mantenerse lo suficientemente estable como para volar de forma controlable. Hay algunos drones de tres hélices en el mercado, pero los drones de cuatro hélices son los más económicos en términos de peso y estabilidad.

Si un dron pierde una hélice puede permanecer estable siempre y cuando haya algoritmos especiales de recuperación programados en el dron. Para mantenerse en vuelo se requiere que el dron gire alrededor de un eje primario para que pueda permanecer estable y aterrizar de forma segura.