Un equipo de estudiantes de la Universidad de Cornell (EEUU) está impactando en la industria y el gobierno federal con los resultados de su investigación para crear un sistema nacional de gestión del transporte aéreo en el que miles de drones puedan operar juntos de forma segura.
La Nasa patrocina su trabajo a través del University Student Research Challenge (USRC), que otorga subvenciones a estudiantes universitarios interesados en ayudar a la agencia a alcanzar sus objetivos de investigación aeronáutica.
“Buscar nuevos sistemas de gestión de tráfico para drones no es algo nuevo”, afirmó Mehrnaz Sabet, estudiante de doctorado en ciencias de la información, investigadora principal del proyecto y líder del equipo de Cornell. “De hecho, la Nasa lleva años liderando este esfuerzo”.
Ahora, a través del USRC, la Nasa le está dando a Sabet y a su equipo la oportunidad de proponer enfoques innovadores para la seguridad de los drones, gestionando sus movimientos en el aire y aprovechando sus mentes jóvenes y sus ideas frescas.
El beneficio final de la investigación de Cornell en esta área es la plena realización de la movilidad aérea avanzada, un área de interés para la industria que incluye desde taxis voladores urbanos y aeronaves más robustas para la respuesta ante desastres, hasta pizzas calientes recién hechas entregadas directamente en su puerta.
Este trabajo también subraya el valor que la Nasa otorga al desarrollo de tecnologías de vanguardia y a la formación de su futura plantilla a través de iniciativas como USRC.
“Sabet y su equipo han demostrado una gran versatilidad en el desarrollo de software, algoritmos, hardware, sensores, pruebas de laboratorio, simulaciones y pruebas de vuelo reales, una combinación poco común”, declaró Parimal Koperdekar, director interino del Programa de Operaciones y Seguridad del Espacio Aéreo de la Nasa.
Limitaciones del tráfico
Actualmente, los operadores de drones deben presentar planes que describan detalladamente la trayectoria de vuelo prevista del dron ante un servicio de gestión de tráfico aéreo. Estos planes se cotejan con otros para garantizar que no haya colisiones, lo que Sabet denomina descolocación estratégica.
El problema radica en que el sistema actual de gestión del tráfico aéreo tiene limitaciones para gestionar el creciente número de aeronaves que surcan los cielos. Según Sabet, “la incorporación de miles de drones en los próximos años podría sobrecargar el sistema. Lo que se necesita en el aire es esencialmente lo que tenemos en tierra, donde millones de personas conducen por una carretera todos los días”.
Como conductor, es posible conocer toda la trayectoria, es decir, el camino a seguir para llegar al destino. Sin embargo, nunca se coordinaría un plan con todos los demás conductores antes de salir. En cambio, las leyes de tránsito y la infraestructura vial, como los semáforos y las señales de tráfico, permiten evitar conflictos con otros vehículos mientras se conduce.
Los operadores de drones seguirán teniendo que presentar planes de vuelo indicando adónde pretenden ir, pero la idea es incorporar esa flexibilidad similar a la de los automóviles en los sistemas operativos de los drones, lo que les permitirá adaptarse durante sus trayectos.
Integrar un mundo simulado
La clave de la investigación del equipo de Cornell reside en la idea de integrar un mundo simulado con el real para probar y demostrar cómo los drones pueden aprender a adaptarse a condiciones potencialmente peligrosas y realizar las correcciones necesarias en su trayectoria de vuelo por sí mismos.
Sabiendo que no podían salir a volar 100 drones al mismo tiempo para probar sus ideas sobre la resolución táctica de conflictos, los estudiantes decidieron crear un mundo urbano completamente virtual para evaluar diferentes modelos de tráfico de alto volumen, algoritmos de separación y datos relacionados.
“Nuestro primer año del proyecto lo dedicamos a adaptar y escalar ese motor de simulación, y todo salió muy bien”, dijo Sabet. “Pero no queríamos limitarnos a una simulación. Queríamos ver cómo se traducía la simulación al mundo real, que era lo que realmente importaba”.
Aún limitados por la cantidad de drones que podían operar y los lugares donde podían volar (no muchos y básicamente en medio de la nada), buscaron lo mejor de ambos mundos, el real y el imaginario.
“Lo que acabamos haciendo fue integrar la simulación en un dron real, de modo que el dron creía que estaba volando en un entorno urbano denso, aunque en realidad estaba volando en un campo abierto donde no se veía ninguna ciudad real”, dijo Sabet.
Esto permitió al equipo probar diferentes herramientas de gestión del tráfico y evaluar cómo los drones podrían coordinar correcciones de rumbo y evitar colisiones entre sí.
Durante el último año, han llevado la idea un paso más allá al volar dos drones reales en el mundo real, cada uno ejecutando la simulación en tiempo real a bordo, lo que les permite coordinarse y «ver» tanto el tráfico simulado como a sí mismos dentro del entorno de prueba integrado.
“Luego, los colocaríamos intencionadamente en una trayectoria de colisión directa para poner a prueba los modelos de detección, evasión y coordinación, y ver qué tan bien reaccionan y coordinan las maniobras del dron para evitar chocar entre sí”, dijo Sabet. Su éxito caló hondo entre los expertos de la Nasa en gestión del tráfico de sistemas de aeronaves no tripuladas (UTM).
“Lo impresionante es que el estudio de Cornell incluyó más de 10.000 simulaciones con más de un millón de trayectorias y más de 200.000 horas de experimentación para comprender cómo se llevaría a cabo de forma segura la coordinación descentralizada entre múltiples agentes”, dijo Kopardekar.
Respuestas positivas
La industria y la Administración Federal de Aviación (FAA) también han respondido positivamente a esta investigación y a su potencial. Se solicitó al equipo que utilizara su infraestructura y tecnología para recrear virtualmente un incidente ocurrido en 2025, en el que dos drones colisionaron con una grúa estacionaria en Arizona. El equipo también demostró cómo se podría haber evitado el accidente.
También se le pidió al equipo que simulara incendios recientes y reales en California para demostrar cómo los drones podrían coordinar mejor sus movimientos, tanto para proporcionar información sobre la situación a los funcionarios de seguridad pública en tierra como para mantenerse alejados de los aviones cisterna que combaten incendios.
Según el equipo de Cornell, la FAA está interesada en aplicar la combinación de pruebas virtuales y en el mundo real del proyecto para evaluar las operaciones con drones bajo niveles crecientes de complejidad operativa. “Este tipo de complejidad operativa de realidad mixta les permite probar las operaciones con drones de una manera que antes no era posible”, dijo Sabet.
Gracias al apoyo de la Nasa a través del USRC, el equipo de Cornell continuará ampliando sus capacidades y gestionando operaciones de movilidad aérea avanzadas cada vez más complejas. “Nuestro objetivo es construir los sistemas fundamentales que permitan una autonomía segura y a gran escala en los cielos”, dijo Sabet.
USRC es una oportunidad dentro del Programa de Conceptos Aeronáuticos Transformadores de la Nasa, bajo la Dirección de Misiones de Investigación Aeronáutica de la agencia.
