FLY-BY-WIRE

A estas alturas, chorlitos, probablemente me hayáis visto mencionar el fly-by-wire más de una vez. Puede que hasta os hayáis preguntado si estaba hablando de un grupo musical, un nuevo modelo de avión, o un deporte de riesgo de esos que les gustan a los humanos (la primera vez que yo lo vi me pareció un palabrejo muy raro). Pero, como quizá hayáis comprobado, es un término que se usa mucho en aeronáutica, puesto que supuso un avance tecnológico bastante importante en su día, allá por los años 50, cuando se utilizó por primera vez en el Avro Vulcan. Aunque, como suele ocurrir con este tipo de cosas, hasta los años 80 no se introdujo en la aviación comercial (quitando el Concorde, que es un caso aparte). Primero en los aviones de Airbus, y más tarde en el Boeing 777 (tradicionalmente los de Boeing siempre han sido más reacios a introducir innovaciones tecnológicas, aunque parece que esa tendencia está cambiando).

Pero vayamos al grano: ¿qué es el fly-by-wire? Literalmente, “volar por cable”; una expresión que en realidad no se aleja mucho del significado aeronáutico. Es un sistema electrónico de control de vuelo.

Los controles de vuelo (como casi todo) han evolucionado mucho desde los primeros aviones que se construyeron. Al principio, el piloto tiraba de una palanca que tiraba de un cable que tiraba de la superficie de control (los alerones, el timón de cola, etc). Luego los aviones se fueron haciendo más grandes y más robustos… al contrario que los humanos, claro, que ni crecieron ni se hicieron más fuertes (menos mal), y que en consecuencia ya no podían mover los controles sin ayuda. Así que tuvieron que poner un sistema hidráulico entre los mandos y las superficies de control que hiciera el trabajo por ellos.

Sin embargo, tanto el sistema mecánico como el hidráulico tienen importantes desventajas. Suponen llenar el avión de pesados y complejos entramados de cables, poleas, palancas y/o circuitos hidráulicos, muchas veces por duplicado por cuestiones de fiabilidad. Y, además, no ayudan al piloto a compensar las inestabilidades en vuelo causadas por las variaciones en las condiciones aerodinámicas (más adelante explicaré lo que he querido decir con esto, no os preocupéis), pudiendo ocasionar, por ejemplo, que el avión oscile en su trayectoria o que entre en pérdida (algo que no suele gustar a los humanos que van dentro).

Los humanos inventaron el fly-by-wire para lograr superar su debilidad y su patente falta de reflejos. Sustituyendo los sistemas mecánicos e hidráulicos por cables eléctricos consiguieron ahorrar una fracción de peso considerable (ya sabéis que los aviones están permanentemente a dieta), además de hacer las conexiones más fiables. Y, sobre todo, consiguieron hacer que hasta cosas como el F-117 volaran sin (demasiados) problemas.

Un avión bien diseñado debería tender siempre a volar de forma estable. Esto quiere decir que, en caso de que hubiera alguna variación momentánea en las condiciones de vuelo (una maniobra del piloto, una ráfaga de viento, turbulencias, etc.), el avión debería recuperar de nuevo el equilibrio una vez que dicha variación desapareciera. Sin embargo, hay aviones que, por circunstancias particulares, tienen formas que hacen que sean inherentemente inestables: el F-117 del que hablábamos antes, o los aviones de ala invertida como el X-29, los delta-canard como el Eurofighter, los de diedro negativo como el Harrier… Muchas veces, el diseño incluso persigue la inestabilidad como objetivo, en lugar de sufrirla como efecto secundario. Un avión inestable tiene facilidad para salir del equilibrio de una condición de vuelo determinada y adoptar otra con mucha rapidez (por ejemplo, salir de una condición de vuelo rectilíneo horizontal para entrar en un viraje pronunciado). En resumen, la inestabilidad lo hace altamente maniobrable.

Pero, claro, esto también implica que se mantendrá con dificultad en una determinada condición de vuelo, y que necesitará continuamente pequeñas correcciones por parte del piloto para no salirse de ella. El piloto tiene que ser muy hábil y rápido, y conocer muy bien la forma de responder de cada avión, para conseguir mantener un vuelo controlado. Y, muchas veces, el avión es básicamente una cabra loca imposible de controlar por ningún humano, ni aunque dicho humano tuviera los reflejos de un pájaro.

El fly-by-wire es la solución al problema de la inestabilidad. Traduce la acción del piloto sobre el mando, convirtiéndola en una señal eléctrica, que a su vez es traducida de nuevo cuando llega a los servos que mueven las superficies de control. Y lo bueno que tienen las señales eléctricas es que los ordenadores las entienden. Normalmente el fly-by-wire forma parte de un sistema de control computerizado. El avión dispone de sensores que le dicen en todo momento cuál es su condición de vuelo y cómo se comporta el aire a su alrededor, de manera que el ordenador de a bordo, al recibir la señal del piloto, puede calcular y efectuar sobre la marcha las correcciones necesarias para que el avión haga exactamente lo que el piloto le está pidiendo.

Por ejemplo, si un piloto quiere descender con una inclinación de diez grados y mueve el timón de profundidad en consecuencia, pero el aire ya llega al avión con un ángulo de, pongamos, tres grados; la inclinación real que los controles están viendo es de trece grados, y el comportamiento será distinto del que habría si el aire sólo tuviera componente horizontal. Sin el sistema de control electrónico el piloto se vería obligado a corregir sobre la marcha y a ojo, mirando los instrumentos de cabina, y adoptar la actitud de vuelo correcta sería algo que dependería únicamente de su pericia (ejem).

Con el fly-by-wire, si el piloto mueve el timón de profundidad para inclinarse diez grados, el ordenador calculará cuál es la deflexión real que tiene que dar a dicho timón para que el avión haga exactamente eso. Dicha deflexión dependerá de las condiciones del aire alrededor del avión, pero pase lo que pase la trayectoria será la que quiera el piloto.

Y esto es algo de lo que hasta un mastodóntico y estabilísimo avión comercial puede beneficiarse, claro...

…siempre y cuando no metan Windows^® en el ordenador de a bordo.

LA Wii Y OTROS SISTEMAS DE NAVEGACIÓN AÉREA

Seguro que la mayoría de los chorlitos os estáis preguntando qué pinta la Wii en este blog. También supongo que la gran mayoría (por no decir todos) tenéis una ligera idea de lo que es la Wii, y probablemente haya quien incluso pueda escribir una tesis doctoral acerca del tema (y seguramente será un humano). Pero para los chorlitos que aún no hayan sido contaminados por las costumbres humanas, aclararé que estamos hablando de una videoconsola, esas máquinas con las que los susodichos intentan desahogar un poco sus marcados instintos asesinos.

Lo particular de este aparato en concreto, que lo diferencia del resto de aparatos similares, es el mando que lo controla. Nintendo, la empresa fabricante, ha presentado este sistema como un innovador avance de «última tecnología». Se trata de un mando estrecho y alargado que es capaz de detectar su posición y velocidad en el espacio tridimensional, y transmitir dichas coordenadas por control remoto a la consola. Sin duda parece un trasto llegado del futuro, ¿verdad? Pero lo cierto es que viene más bien del pasado: lleva usándose aproximadamente desde los años 50, aunque bajo el nombre de plataforma inercial; y no en videojuegos, sino en aviones, satélites y misiles.

Para poder volar, como, siendo pájaros, habréis comprobado antes o después por experiencia propia (y es probable que dolorosamente), resulta imprescindible saber dónde está uno en cada instante, con qué velocidad se mueve, si hay un objeto contundente delante como una montaña o un avión, y ese tipo de cosas. Los humanos carecen de unos sentidos tan finamente desarrollados como los nuestros, así que necesitan aparatos que los sustituyan. Y aquí es donde entran los sistemas de navegación. Y, como es lógico, las brújulas y demás artilugios que venían usándose en los barcos desde antiguo les resultaron de toda parte insuficientes. Así que se pusieron manos a la obra para crear sistemas que, una vez más, les permitieran suplir sus lamentables carencias fisiológicas.

Hoy en día, en lo referente a sistemas de navegación aérea, hay mucho donde escoger. Desde la navegación por satélite que ya se ha convertido en algo de uso cotidiano (GPS, GLONASS, Galileo), hasta los sistemas específicos para ciertas maniobras, como el ILS y el VOR, pasando por cosas tan ampliamente utilizadas como el radar. Sin embargo, todos estos sistemas (exceptuando algunos tipos de radar) necesitan de infraestructuras fuera del propio avión para funcionar. Dicho en otras palabras: no son autónomos.

La plataforma inercial que llevan los aviones, los satélites, los misiles y la Wii, sin embargo, sí que es completamente autónoma. Funciona midiendo las aceleraciones inerciales producidas por las fuerzas y movimientos a los que se encuentra sometida. Como sin duda sabréis, a partir de estas aceleraciones, con una simple integración en el tiempo, puede obtenerse la velocidad del movimiento, e igualmente a partir de ésta se conoce la posición en el espacio. Sin embargo, en toda integral definida es necesario conocer un valor de referencia de la magnitud que estamos integrando, por lo que las plataformas inerciales deben ser calibradas antes de su uso para tomar los valores iniciales del movimiento (posición, velocidad y giro).

Hay dos clases de sensores que permiten a una plataforma inercial obtener todos los datos que necesita: acelerómetros y giróscopos. Los hay de muchos tipos y basados en principios fisicos muy diferentes (mecánicos, láser, ópticos, de efecto coriolis…), pero todos miden lo mismo: en el caso de los acelerómetros, aceleraciones; y en el de los giróscopos, giros (está claro, los humanos no son demasiado originales a la hora de poner nombres). Los sistemas mecánicos se utilizaron abundantemente en el pasado (por ejemplo, en la misión Apollo), pero presentaban muchos problemas que la electrónica de los MEMS (Microelectromechanical systems) ha solucionado, como el peso, la necesidad de partes móviles o el precio; que limitaban su uso únicamente a aplicaciones en las que fueran realmente necesarios.

A día de hoy, sin embargo, se le puede dar una patada a cualquier aparato fabricado por humanos y probablemente caerán tres o cuatro acelerómetros, que han pasado a ser unos chismes minúsculos y sumamente baratos. Los hay en los airbags de los coches, en algunos reproductores de MP3’s y, por supuesto, en el mando de la Wii. Ya casi no se utilizan sensores mecánicos, aunque debo decir que los giróscopos, extrañamente, están encontrando bastante salida en las tiendas de juguetes, donde son vendidos como si fueran trompos caros (que los adultos ligeramente frikis no dudan en adquirir).

Y quién sabe qué será lo próximo que los humanos se sacarán de la manga. Sin duda es algo que tienen preparado ya desde hace un par de años y que hace que la Wii parezca una pieza de anticuario. Pero, por supuesto, hay que agotar primero el tirón de la Wii, porque si no... ¡cuánto consumismo desaprovechado!

Nota: Para los chorlitos que tengan curiosidad por ver las tripas de los aparatos que fabrican los humanos, aquí hay un fantástico análisis detallado de todos los componentes del mando de la Wii.