Alternativas multi-dron para el pastoreo de bandadas

Abstract

El presente proyecto aborda la problemática de la protección de cultivos frutales frente al daño ocasionado por aves plaga, particularmente la especie Myiopsitta monachus (cotorra argentina). Con el objetivo de maximizar el aprovechamiento de los cultivos y superar la limitada eficacia de las técnicas tradicionales, se investiga la viabilidad de una solución tecnológica destinada a detectar y expulsar aves mediante una flota coordinada de drones. En esta instancia, el trabajo se centra en el desarrollo del módulo encargado del pastoreo de la bandada, es decir, la programación del comportamiento colectivo de la flota. El sistema desarrollado se estructura en diversos módulos interconectados que interactúan para recrear el escenario descrito en un entorno simulado, dichos módulos serán detallados en el capítulo 3. El módulo Controlador del dron implementa diversos algoritmos de pastoreo de aves y se comunica con el software de control de vuelo PX4 para enviar instrucciones de movimiento a cada dron. El módulo Modelo de comportamiento de bandada utiliza el algoritmo de boids (sigla en inglés de “bird-oid object”, objeto con comportamiento de ave) para simular el comportamiento grupal de las aves mediante un modelo teórico. El módulo Interfaz de simulación gestiona la comunicación con el entorno de pruebas de Gazebo Garden, el software de simulación utilizado. Todos los módulos se desarrollan bajo el marco de trabajo ROS 2 (Robot Operating System 2). Las soluciones desarrolladas para implementar la lógica de pastoreo son extensiones multi-agente de un algoritmo altamente utilizado en este campo de investigación, el algoritmo de Strömbom. Partiendo de él, se aplican diversas técnicas para extender su funcionamiento a una flota coordinada de drones. Mediante el análisis teórico y la experimentación se presentan fortalezas y debilidades de la aplicabilidad en un entorno real de cada una de estas alternativas. Para evaluar las soluciones se diseñó un conjunto de experimentos simulados que analizan la efectividad del algoritmo de pastoreo frente a distintas configuraciones del entorno como la cantidad de aves, el tamaño de la flota de drones y la distribución de los cultivos. Las etapas de experimentación comprenden: un ajuste paramétrico para determinar la configuración óptima de cada solución, la evaluación de las soluciones en distintos escenarios y un análisis de sensibilidad del sistema para evaluar la influencia de ciertos parámetros relativos al modelo de bandada. Entre las métricas consideradas se incluyen el tiempo de simulación hasta la expulsión exitosa de la bandada, la distancia recorrida por los drones, la dispersión de las aves y la proporción de éxito. Finalmente, se identifican posibles mejoras, como el cálculo dinámico de ciertos parámetros críticos y la adición de estrategias de vuelo adecuadas para un entorno real. En conjunto, el proyecto demuestra la factibilidad de aplicar técnicas de robótica multi-agente para la protección de cultivos agrícolas mediante el control coordinado de drones autónomos.