Dec 23, 2020

El vuelo autónomo

Los estándares y la certificación son los próximos pasos hacia el vuelo autónomo de aeronaves no tripuladas.

Por Kathy Hunt

Desde drones de aficionados hasta vehículos aéreos no tripulados militares y comerciales, el mundo se ha visto cautivado por la posibilidad del vuelo autónomo. Sin embargo, antes de poder hacer despegar una aeronave no tripulada, es necesario desarrollar estándares para sistemas de aviación cada vez más autónomos. Aquí es donde entra en juego el grupo de tarea de diseño de autonomía y operaciones en aviación.

El grupo reúne a líderes de organizaciones como la NASA, Transport Canada y la Administración Federal de Aviación de los EE. UU. (U.S. Federal Aviation Administration, FAA), y de los Comités de ASTM International sobre Aeronaves deportivas ligeras (F37), Sistemas de aeronaves no tripuladas (F38), Sistemas de aeronaves (F39) y Aeronaves de aviación general (F44). Juntos, sus miembros están profundizando en el potencial de la operación autónoma para mejorar la seguridad de las aeronaves tripuladas y no tripuladas. Aunque el grupo no desarrollará los estándares para una autonomía segura, sí desarrollará dos informes técnicos con estrategias de corto y largo plazo para la creación de dichos estándares.

“Queremos que los estándares que se produzcan sean coherentes con respecto a la automatización y la autonomía. En particular, queremos que los estándares utilicen una terminología congruente y que cuenten con una orientación armonizada según el nivel de rigurosidad del estándar y los medios de cumplimiento", dice Stephen Cook, Ph.D., técnico especialista de Northrop Grumman y presidente del grupo de tarea.

Hablar el mismo lenguaje

La primera tarea del grupo fue establecer un lenguaje común para discutir la aviación autónoma. "Cuando digo 'aprendizaje automático', la perspectiva que usted tenga del aprendizaje automático puede ser diferente. Necesitamos un razonable consenso y utilidad de los términos para que nuestro trabajo pueda avanzar", dice Andrew Lacher, presidente del subgrupo sobre terminología y niveles e ingeniero principal senior de sistemas en MITRE.

Para garantizar este léxico común, el subgrupo de Lacher ha redactado una lista terminológica que define y establece diferencias entre términos como aprendizaje automático e inteligencia artificial y vuelo automatizado y autónomo. Por ejemplo, el vuelo automatizado indica que hay participación humana; si un sistema falla, un piloto intervendrá. Por otro lado, en el vuelo autónomo no hay participación humana; el sistema funciona por sí solo. Los objetivos del glosario son reducir la confusión que pueda existir y ayudar en la conversación sobre sistemas autónomos en la aviación.

La manera en que se define la autonomía segura también es importante. En la comunidad de aviación, "seguro" significa mortalidad cero. “Un concepto clave es si el sistema [autónomo] puede cumplir o superar el desempeño de un piloto humano. Hay tareas para las cuales la autonomía puede proporcionar un mejor desempeño y, por lo tanto, una mejor seguridad. Al deconstruir las habilidades y/o las tareas de volar y al estudiar el riesgo operacional y tecnológico, creemos que podemos alcanzar niveles de seguridad más altos que los que tenemos hoy", dice Anna Dietrich, presidenta del subgrupo de marco de certificación y cofundadora de Terrafugia Inc.

La Administración Federal de Aviación de los EE. UU. tiene el propósito de alcanzar los objetivos de seguridad operacional de la aviación de un modo que imponga la mínima carga posible a la sociedad. Si se implementa correctamente, la automatización de las tareas difíciles o tediosas del piloto puede conducir a un aumento de la seguridad de la aviación sin una mayor carga para el público en general.

Creación de un esquema único

Junto con el establecimiento de un vocabulario compartido, el grupo de tarea está analizando los niveles de automatización en la industria automotriz. Al estudiar los esfuerzos y los resultados de la autonomía vehicular, el grupo de tarea puede comprender mejor los beneficios y los riesgos para la seguridad asociados con los altos niveles de automatización.

“La aviación está trabajando para evitar situaciones en las que la autonomía falla y simplemente devuelve el control a la persona. Esto ha demostrado ser inseguro, tanto desde el punto de vista práctico como desde la perspectiva de los factores humanos por la carga de trabajo. Esto nos lleva a una autonomía más integrada verticalmente en áreas funcionales particulares que la que se ha visto en la industria automotriz”, comenta Dietrich.

Cook agrega: "nuestra perspectiva hasta ahora es que los 'niveles de autonomía' según se proponen en la industria automotriz están demasiado simplificados y no se traducen exactamente al rol del piloto, el controlador de tráfico aéreo y, en el caso de aeronaves no tripuladas, el piloto a distancia. Además, el paradigma de certificación en la aviación es muy diferente al de la industria automotriz." 

Al concluir que la aviación requiere un marco de certificación diferente, el grupo ha propuesto desarrollar su propio esquema de autonomía. Dicho marco destacaría el entorno operativo, las características del sistema, la función prevista, el nivel de participación humana y la responsabilidad por las acciones. De la misma manera, detallaría los beneficios y los riesgos para la seguridad. Estas características proporcionarían una mejor orientación para la supervisión operativa y la certificación de la autoridad de aviación civil de los sistemas autónomos.

"La FAA muestra mucho interés en los posibles beneficios de seguridad, mejora de la eficiencia y aumento de la utilidad que la tecnología de automatización aportará a la aviación, especialmente en los casos en que la combinación persona-máquina puede mejorar el desempeño general del sistema", dice Wes Ryan, líder de certificación de sistemas no tripulados en la FAA.

Ryan señala que la mayoría de los nuevos participantes nunca ha diseñado, construido, probado o implementado sistemas operativos con respecto a los requisitos de fiabilidad, integridad y seguridad de la aviación. "La clave es que adopten un enfoque metódico de la automatización que demuestre que se puede mejorar la seguridad y cumplir la misión prevista, ya que no se trata de automatizar las cosas por el simple hecho de automatizarlas", dice Ryan. “Necesitamos estándares de automatización para que los nuevos participantes en el sector de la aviación, tan crítico respecto a la seguridad, comprendan los requisitos y expectativas de fiabilidad, disponibilidad, robustez y uso operativo seguro de las funciones automatizadas.

También necesitamos estandarizar las mejores prácticas de diseño que hayan demostrado su efectividad en condiciones operativas reales, para que los nuevos participantes puedan beneficiarse de los errores pasados. Es costoso y lento para cada empresa intentar abrir su propio camino, solo para darse cuenta de que ya alguien ha probado su idea y no pudo implementarla de manera segura en el servicio comercial o civil."

Al igual que con cualquier empresa compleja, surgen desafíos cuando se trata de sistemas de aviación cada vez más autónomos. Las inquietudes sobre la seguridad cibernética y física, la comunicación y adquisición de datos inalámbricas y la integración persona-máquina desempeñan un papel importante en la discusión. De igual manera que las preguntas sobre la diversidad de las aeronaves involucradas, el acceso al espacio aéreo para aeronaves no tripuladas y los temores públicos sobre la privacidad y la seguridad.

Phil Kenul, presidente del comité F38, contraalmirante retirado y vicepresidente senior de aviación y operaciones de TriVector Services, detalla otras consideraciones. Esto incluye los requisitos de diseño y la fiabilidad de los sistemas de aeronaves no tripuladas, así como el costo involucrado en llevarlos al mismo nivel de seguridad que el de las aeronaves tripuladas. Señala que los sistemas no tripulados tienen que ser inteligentes y eficaces para poder detectar y garantizar la seguridad de otros objetos presentes en el aire.

“Para el caso de uso ¿es lo suficientemente seguro? Las aeronaves pequeñas tendrán un riesgo menor si se vuelan correctamente. Sin embargo, si se vuelan en operaciones más complejas, es imperativo tener un estándar más alto. Necesitamos consenso sobre cuánta más ingeniería se necesita para garantizar la capacidad y la seguridad de los sistemas de aeronaves no tripuladas", dice el contraalmirante Kenul.

El grupo de tarea también se centra en la certificación de aeronavegabilidad. Es de interés específico el nivel complejo y la cantidad de casos de prueba involucrados para probar que una aeronave operará de manera segura en condiciones previsibles para un sistema autónomo. El Comité F38 ya ha establecido una práctica para métodos que permitan establecer de manera segura el comportamiento de vuelo de los sistemas de aeronaves no tripuladas (UAS) que contienen funciones complejas (F3269). Según Cook, este estándar ofrece "un nuevo enfoque para enfrentar este desafío a través de un marco de garantía de tiempo de ejecución".

Finalmente, los esfuerzos del grupo de tarea orientarán la creación de los estándares de ASTM International para sistemas de aviación cada vez más autónomos. Esto conformará el futuro de la aviación.

Kathy Hunt es una periodista y autora que reside en la costa este de los EE. UU.