• El primer avión no tripulado - Curtiss N9
   
• Primer avión sin piloto capaz de transportar explosivos hasta su objetivo
   
• Construido por Elmer Sperry y Peter Cooper Hewitt para la Marina estadounidense durante la Primera Guerra Mundial
   
• Parte de la tecnología de este avión teledirigido se inspiró en la "teleautomatización", una tecnología utilizada para controlar torpedos submarinos en 1893.
   
• Otros aviones que se construyeron posteriormente para el ejército como "torpedos aéreos" fueron el Liberty Eagle, el TDN-1 (avión de asalto no tripulado) y el TDN-1 (avión de asalto no tripulado).

Fig. 1 Curtiss N9

Fig. 2 Liberty Eagle

Fig. 3 TDN-1 ‘Dron de asalto’

• Los diseños iniciales de los hermanos Wright eran difíciles de controlar.
   
• Se les atribuyó el desarrollo del ampliamente utilizado control de tres ejes ("orientación", "cabeceo" y "giro") para pilotar aviones más pesados que el aire.
   
• Otro famoso científico de la época, el Dr. Samuel P. Langley dedicó sus esfuerzos a lograr vuelos tripulados estables. Pero no lo consiguió a pesar de recibir subvenciones del gobierno y del ejército.
   
• Algunas áreas que experimentaron un desarrollo significativo fueron las estructuras optimizadas, la aerodinámica, las superficies de control y la configuración de las alas elevadoras.

Fig. 7 Avión de Wright

Fig. 8 Aeródromo de Langley No. 6 por el Dr. Langley

• Varios inventos contribuyeron al desarrollo de las aeronaves pilotadas a distancia, también conocidas como aeronaves no tripuladas o drones.
   
• Antes de la invención de las aeronaves, el descubrimiento de las ondas de radio y su uso para transmitir señales inalámbricas condujo a la invención de lo que entonces se denominaba "Teleautomatización".
   
• En 1898 se inventaron los torpedos submarinos para dirigir explosivos a los barcos enemigos mediante teleautomatización.
   
• Otra tecnología que se diseñó específicamente para los torpedos fue el "giroscopio de tres ejes" de Elemer Sperry.
   
• Estas tecnologías subyacentes permitieron a Sperry perfeccionar su diseño del primer piloto automático mecánico fiable.

Fig. 9 Barco de juguete impulsado por Teleautomatización de Nikola Tesla

Fig. 10 Giroscopio mecánico de tres ejes

• Según la Administración Federal de Aviación (FAA) - Un sistema de aeronave no tripulada es una aeronave no tripulada (unmanned aircraft system) y el equipo necesario para el funcionamiento seguro y eficiente de dicha aeronave.
   
• Una aeronave no tripulada es un componente de un UAS.
   
• Todas las aeronaves operadas sin la posibilidad de intervención humana directa desde dentro o sobre la aeronave se clasifican como vehículos aéreos no tripulados (UAV). (Ley Pública 112-95, Sección 331(8)).

Fig. 11 Plataformas UAS de ala fija CTOL* (izquierda) y multirrotor VTOL** (derecha)

*Despegue y aterrizaje convencionales
** Despegue y aterrizaje vertical

• Para entender los fundamentos de los UAS es necesario comprender la información básica sobre el control del vehículo, la estabilización y el diseño de los sensores.
• Los métodos de control utilizados en un UAS pueden clasificarse a grandes rasgos en:
• Control manual: permite a un piloto experto manipular con precisión la trayectoria de vuelo y el resultado predecible de un UAV.
• Control estabilizado: permite al operador manipular con precisión la posición de la aeronave mediante un piloto automático integrado en el UAV. En este caso, el nivel de autonomía del UAV es mayor.
• Control automatizado - Este escenario de control es el que requiere menos control por parte del operador. Mediante el uso de software, se planifica una misión completa antes de su despliegue y el control completo es asumido por el software de control en tierra y el piloto automático de a bordo.

Fig. 12 Diferentes niveles de autonomía de los UAS

• La carga útil se define como el peso total que puede transportar un UAV. No incluye el peso de la propia plataforma. 
• El tipo de carga útil puede variar en función de los objetivos de la misión de la plataforma. Normalmente, se utilizan para recoger datos como imágenes, vídeos, temperatura, coordenadas, etc.
• Las cargas útiles típicas utilizadas en los UAV son:
• Sensores electro-ópticos de imagen
• Sensores RGB visibles
• Sensores IR (infrarrojos)
• Sensores LiDAR (Light Detection & Ranging)
• SAR (radar de apertura sintética)

• El software es un componente clave de cualquier sistema UAS, independientemente del nivel de autonomía del UAV.
   
• El piloto automático de a bordo, el procesamiento de datos en tierra y muchas otras funciones se realizan hoy en día mediante software.
   
• Los programas informáticos más habituales disponibles en el mercado son los siguientes
   
• Software de gestión de flotas de UAS
• Software de piloto automático
• Gestión de activos de datos de sensores
• Software de fotogrametría analítica
• Detección de cambios y aprendizaje automático 
• Software de visión por ordenador
• Software de planificación autónoma de trayectorias de vuelo

Fig. 18 Interfaz de usuario de planificación de trayectorias de vuelo de UAV

Fig. 19 Aplicación de renderizado de datos 3D

• Hoy en día, los drones/UAV se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones comerciales, desde las recreativas hasta las agrícolas y de planificación urbana.
• El rápido auge de su adaptación generalizada puede atribuirse al bajo coste y a la disponibilidad de hardware y software de UAS como componentes comercialmente disponibles (COTS, Commercially Available Off-the Shelf).
• Proyectos de desarrollo de código abierto como DroneCode Foundation, que dio lugar al desarrollo de PX4, MAVLink, etc., brindaron a la gente la oportunidad de construir sistemas a medida.
• Las aplicaciones comerciales típicas que son muy comunes hoy en día son:
• Inspección de edificios
• Inspección de aeronaves
• Inspección de petróleo, gas, líneas eléctricas y centrales eléctricas
• Inspección de infraestructuras públicas (puentes, presas, carreteras, etc.)
• Cartografía y topografía aéreas
• Agricultura de precisión
• Cinematografía
• Marketing y espectáculos de luz
• Informativos
• Meteorología
• Entrega de mercancías

Fig. 20 Casos de uso comercial de UAS

• Un UAS se compone de un grupo de elementos interactivos o interrelacionados que actúan de forma coordinada para alcanzar los objetivos/la misión de un usuario/operador/cliente.
   
• La mayoría de los UAS consisten en
   
• UAV/Plataforma pilotada a distancia 
• Piloto humano
• Carga útil
• Elementos de control
• Elemento de comunicación de enlace de datos
• Elemento de lanzamiento y recuperación (en algunos sistemas especializados)

Fig. 21 Elementos básicos de los UAS

• Los vehículos aéreos no tripulados (VANT), también conocidos como vehículos pilotados por control remoto (RPV), se clasifican en diferentes categorías en función de su peso y rendimiento.
• La normativa sobre peso y prestaciones puede variar de un país a otro. Pero, en general, se diferencian en UAS pequeños (sUAS), que pesan menos de 25 kg, y UAS grandes, que pesan 25 kg o más.
• Las plataformas UAS también se clasifican en función de sus características de vuelo. Por ejemplo
• Ala fija (despegue y aterrizaje convencional CTOL)
• Despegue y aterrizaje vertical (VTOL)
• Plataformas híbridas (capaces tanto de CTOL como de VTOL)

Fig. 22 Clasificación de los UAS (Departamento de Defensa de EE.UU. - DOD)

• El concepto de los UAS consiste en aprovechar la capacidad de estos sistemas para ejecutar misiones siguiendo un conjunto de instrucciones preprogramadas con intervención humana limitada o nula.Los pilotos automáticos permiten a las plataformas ejecutar esas instrucciones manteniendo un vuelo estable.
• Por su parte, la estación de control en tierra (GCS) proporciona la interfaz hombre-máquina para dar instrucciones a los UAV.
• El enlace de datos inalámbrico es lo que permite a la GCS transmitir instrucciones de mando y control al piloto automático del UAV. También comprende los anchos de banda asignados a la transmisión de datos de la carga útil.
• Las operaciones de los UAS pueden clasificarse a grandes rasgos en:
• Línea de visión (LOS) 
• Más allá de la línea de visión (BLOS)
• Más allá de la línea de visión (BVLOS)

Fig. 23 GCS

Fig. 24 Hardware de enlace de datos

Fig. 25 Piloto automático UAV

• La fase de despegue y recuperación (L&R) es uno de los aspectos más complejos de los UAS.
   
• La mayoría de los sUAS no requieren equipos de L&R.
   
• En el caso de los sistemas más grandes, el elemento L&R puede variar ampliamente en función del tipo de plataforma, el diseño arquitectónico, el entorno operativo y los requisitos, etc.
   
• Algunos sistemas de lanzamiento típicos ampliamente utilizados son
• Lanzamiento con catapulta
• Lanzamiento manual
• Recuperación con paracaídas
• Recuperación con red
• Recuperación con gancho

Fig. 26 Sistema de despegue por catapulta neumática

Fig. 28 Recuperación en paracaídas

Fig. 29 Lanzamiento manual

Fig. 27 Recuperación en paracaídas

Fig. 30 Recuperación con red

• Los sensores a bordo de los vehículos aéreos no tripulados detectan el entorno en el que operan mediante sensores activos y pasivos.
   
• Los sensores activos emiten energía electromagnética hacia objetos externos para captar y analizar la energía reflejada. Ejemplos de sensores activos son:
• LiDAR
• SAR
• RADAR
   
• Los sensores pasivos, como las cámaras visuales, sólo captan la energía emitida por fuentes externas. Algunos ejemplos de Sensores Pasivos son:
• Cámara RGB
• Sensor IR
   

Fig. 31 Espectro de energía electromagnética

• Los UAS se utilizan a menudo para estudiar la información espacial de los objetos o del entorno. En ocasiones, los UAS utilizan esta información para la navegación, la planificación de trayectorias y la localización.
   
• Este enfoque también se conoce como localización y mapeo simultáneos (SLAM), que es un problema computacional que consiste en construir o actualizar un mapa de un entorno desconocido y, al mismo tiempo, realizar un seguimiento de la ubicación de un UAV dentro de él.
   
• El enfoque SLAM utiliza datos geoespaciales que están disponibles como:
• Datos ráster - datos almacenados como valores en una cuadrícula contigua.
• Datos vectoriales: datos almacenados como puntos, líneas, polígonos, etc.

Fig. 32 Representación de datos raster y vectoriales

• La FAA y la Agencia Europea de Seguridad Aérea (AESA) regulan el uso del espacio aéreo nacional en Estados Unidos y la Unión Europea (UE).
   
• Son responsables de garantizar la seguridad y la protección del medio ambiente en el transporte aéreo en Europa y Estados Unidos. 
   
• Los fabricantes de equipos originales (OEM) y los operadores suelen impulsar y motivar las normativas en cualquier entorno técnico como la aviación.
   
• El 16 de septiembre de 2005, la FAA publicó el memorando AFS-400 UAS Policy 05-01 como directriz para el uso de UAS en el Sistema Nacional de Espacio Aéreo (NAS) de EE.UU
   
• Los Reglamentos 2019/947 y 2019/945 de la UE establecen el marco para la operación segura de drones civiles en los cielos europeos.

• En EE.UU. la regulación actual de drones requiere que cualquier dron deba:
• Pesar menos de 25 kg
• Operar dentro de la línea de visión visual (VLOS) del piloto al mando/observador visual.
• No operar directamente sobre personas
• Operar sólo de día
• Volar a una velocidad no superior a 87 Knts (100 mph)
• Volar por debajo de 500 pies (AGL)
• No operar en espacio aéreo de clase A
• Operar en espacio aéreo de clase E sólo previa aprobación del ATC
• Operar con una visibilidad meteorológica mínima de 3 millas
• Sólo debe ser operado por un piloto con licencia bajo la Sección - 107
   
• En la UE, la normativa vigente sobre drones exige que (las normativas nacionales pueden diferir para cada país):
• Debe obtener un certificado de dron de la UE antes de volar un dron que pese 250 gramos o más.
• Debe registrarse como piloto de dron y adjuntar un número de operador a su dron.
• El dron debe volar a una altura máxima de 120 metros 
• El dron debe volarse dentro del campo de visión directa del piloto.
• El dron sólo puede volarse durante el día en los Países Bajos.
• No está permitido volar en una zona de exclusión aérea (temporal).
• No está permitido volar por encima de personas no implicadas.

Fig. 33 Piloto de UAS con licencia

• El entorno de la aviación es complejo, dinámico y lleno de escollos debido a las numerosas partes interesadas (diseñadores, operadores, usuarios, etc.) que intervienen en el proceso de acceso a la NAS.
   
• De ahí que se requiera más cautela a la hora de introducir nuevas normativas, de modo que se comprendan plenamente las reglas del juego.
   
• La participación activa de los socios industriales y los operadores es muy importante para permitir un crecimiento orgánico de esta industria.
   
• El mayor reto para los organismos reguladores como la FAA y la EASA es llegar a políticas, procedimientos, normas y reglamentos coherentes, racionales y aplicables para la industria de los UAS.

Fig. 34 Entrega de carga con drones

• El elemento humano en la operación de los UAS es muy importante para la seguridad general y el éxito de la industria de los UAS.
   
• El objetivo general de los factores humanos en los UAS es proporcionar a los usuarios, clientes y operadores la orientación, los conocimientos y las habilidades necesarios para garantizar un funcionamiento seguro de los vehículos aéreos no tripulados.
   
• Aunque los seres humanos son altamente adaptables a su entorno (lo que los convierte en la especie más inteligente de este planeta), experimentan fatiga mental/física, desorientación, falta de comunicación, etc., lo que a menudo conduce a situaciones peligrosas y catastróficas debido a errores humanos.
   
• Algunas de las muchas razones que se les pueden atribuir se pueden clasificar en:
• Errores de percepción
• Atención selectiva
• Falta de atención focalizada
• Atención dividida
   

Fig. 35 Factores que influyen en la cognición humana

• Según Senders & Moray (1991)* un Error se define como "no previsto por el actor, no deseado por un conjunto de reglas o un observador externo, o que ha llevado a la tarea o al sistema fuera de sus límites aceptables".
   
•  Las industrias críticas para la seguridad, como la aeronáutica, emplean estrategias para detectar y prevenir los errores humanos antes de que se produzcan.
   
• En los factores humanos se suele utilizar el modelo del queso suizo para describir cómo los errores se cuelan entre las barreras de las distintas capas de supervisión y se combinan con determinadas condiciones previas que acaban provocando accidentes. 
   
• Hay esencialmente cuatro capas de influencias que conducen a los accidentes:
• Influencia organizativa: falta de políticas, directrices, normas, etc.
• Influencia de la supervisión: falta de supervisión por parte de las personas.
• Condiciones previas: condiciones que facilitan la causa del accidente.
• Acciones del operario: acciones del operario que conducen al suceso.
   

*Senders, J.W., & Moray, N.P. (1991). Human Error: Cause, Prediction, and Reduction (1st ed.). CRC Press. https://doi.org/10.1201/9781003070375

Fig. 36 El modelo suizo del error humano

• La conciencia situacional es la clave de una industria de UAS segura y eficiente.
   
• Se define como un "modelo mental interiorizado del estado actual del entorno de vuelo".
   
• Hay cuatro aspectos de la conciencia de la situación, que se consideran pasos comunes en el proceso de toma de decisiones:
• Vigilancia - gestionar el tipo adecuado de atención
• Diagnóstico - identificar la causa raíz de la situación
• Análisis del riesgo: comprender el impacto de la situación.
• Acción: tomar las medidas adecuadas para mitigar el riesgo.
   
• Otra forma de mejorar la seguridad es a través del diseño.
   
• Un diseño eficiente de la interfaz hombre-máquina (IHM) puede hacer más accesible la información crítica, reducir la carga de trabajo de los pilotos y alertar a los agentes con mucha antelación.
   

Fig. 37 Factores que influyen en la SA

• Los nuevos casos de uso identificados por los militares a principios del siglo XX y la confluencia de nuevas tecnologías propiciaron el desarrollo de los UAS en sus inicios.
   
• Los UAV pueden tener distintos niveles de autonomía en función de la tecnología y el método de control utilizados.
   
• Los UAV transportan una amplia gama de cargas útiles adecuadas para todo tipo de misiones y objetivos.
   
• El software es un componente crítico de los UAS que permite a los pilotos navegar, controlar y procesar datos.
   
• En función del peso y las prestaciones de los UAV, los organismos reguladores los clasifican para regir las normas de funcionamiento y garantizar la seguridad de las personas y el medio ambiente.
   
• Para que la industria de los UAS crezca y prospere, la seguridad debe ser el objetivo primordial de diseñadores, operadores, mantenedores y pilotos.
   
• Los factores humanos desempeñan un papel vital en este sentido. De ahí que debamos tratar de minimizar los errores humanos y evitar cualquier posible causa de accidente.