Cuadricópteros o tricópteros

A finales del año pasado se celebró la edición de IROS, el cual es el mayor congreso internacional sobre robótica que se celebra anualmente. Si buscáis por el Tubo, hay numerosos vídeos de muchas de las novedades que se presentaron, y en la red también se le dio bastante eco a un artículo en el que se planteaba cuál era el mejor diseño para un multirrotor: un cuadricóptero o un tricóptero. El artículo en cuestión se titula Towards a more efficient quadrotor configuration.

A pesar de que el artículo no es de libre acceso, un buen resumen lo hicieron en la revista de divulgación IEEE Spectrum. La idea principal del artículo de investigación gira alrededor de la eficiencia del multirrotor, es decir, cómo lograr que la batería dure más. Representa un gran problema, ya que es uno de los principales obstáculos para que los drones sean capaces de realizar tareas más complejas y útiles para la vida cotidiana. Lo ideal sería un sistema de alimentación en el aire, pero eso creo que está mucho más cerca de mis deseos personales que del estado real de la técnica.

Un cuadricóptero (4 brazos y rotores) es más ineficiente que un helicóptero convencional. Se basa en que un único rotor grande es energéticamente más eficiente que cuatro rotores más pequeños separados una distancia prudencial entre ellos, sobre todo si pensamos en un multirrotor como un medio de elevar grandes cargas en el cielo. Si nos fijamos, los helicópteros de carga tienen grandes rotores para elevarse o mantenerse en el aire (o en su defecto, dos grandes rotores para que la carga por rotor se divida). Esto apareció ya en el blog aquí y aquí. En cambio, los cuadricópteros son energéticamente peores, pero son más intensos (es decir, son capaces de aumentar la potencia más rápido) y a eso también contribuyen las baterías LiPo que habitualmente acompañan a estos cacharros.

En IROS 2013, los investigadores presentaron un diseño de tricóptero que intentaba coger lo mejor de los helicópteros y de los multirrotores. Para ello, tenía una gran hélice central y tres pequeños rotores separados 120º entre ellos, tal y como se puede ver en la siguiente imagen:

Y los investigadores afirman que este modelo puede consumir hasta un 20% menos de la energía que un cuadricóptero convencional básicamente a partir de la fórmula del empuje (energía que hace falta para que el multirrotor se eleve).

donde P es la potencia de un rotor, T es el empuje (thrust), la letra ro es la densidad del aire y A es el área que ocuparía el plano de giro del rotor. En un cuadricóptero, el empuje se divide equitativamente entre los 4 rotores, pero además, debido a los vórtices de aire que generan cada uno de ellos, la distancia entre los rotores ha de ser aproximadamente de 1,45 veces el radio del rotor. A la hora de comparar los multirrotores, los investigadores han fabricado dos drones del mismo peso y aproximadamente el mismo diámetro máximo de discos.

Posteriormente, el artículo se dedica a desarrollar modelos dinámicos para estudiar el comportamiento de estos helicópteros, y termina diciendo que en maniobras de vuelo, (no solo elevación) el tricóptero ahorra un 15% de batería frente al cuadricóptero.

Este artículo causó bastante expectación, sin embargo yo no estoy totalmente de acuerdo con las apreciaciones de este artículo. Creo que el título del artículo y la idea tienen suficiente gancho para que atraigan muchas lecturas y miradas, pero que técnicamente no es una investigación realmente potente. Las afirmaciones que hacen salen bien con los números que han manejado, pero los investigadores han realizado las pruebas en un entorno sin viento, y aunque es difícil demostrarlo con fórmulas, mi opinión es que en maniobras acrobáticas y estabilidad de vuelo en condiciones más difíciles, el cuadricótpero es claramente superior.

Hay muchos modelos de drones, pero cada uno ya está bastante aceptado que tiene unas características concretas. Por resumirlas y decirlas de manera simple:
Tricópteros: son baratos y fáciles de fabricar.
Cuadricópteros: son menos eficientes energéticamente, pero más estables
Hexa-octocópteros: son más lentos, pero los más estables y con grados de redundancia. Aunque se pare una hélice, el resto la cubre y el aparato sigue volando. De ahí que las cámaras caras las monten en estos aparatos.



Fuentes: 
http://diydrones.com/forum/topics/quad-vs-hexa-vs-octo-copter
http://diydrones.com/profiles/blogs/researchers-say-triquad-is-more-efficient-than-a-quad?id=705844%3ABlogPost%3A1471135&page=2#comments