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Aviónica: Evolución de la Interfaz Hombre-Máquina

Desde los inicios de la aviación, hace ya más de 100 años, hemos visto cómo han avanzado las aeronaves en su diseño, funcionalidad, autonomía, performances y muchos otros puntos. La mayoría de los avances están ligados a factores de eficiencia y capacidades operativas y, en esta oportunidad, nos centraremos en la variable de interacción del piloto con la aeronave, también conocido como Interfaz Hombre-Máquina. Revisaremos su evolución y cuáles son los desafíos que nos depara el futuro.

Una resumida línea de tiempo

Las primeras aeronaves contaban apenas con controles de vuelo para el piloto y uno que otro instrumento en el panel que le permitía obtener los datos necesarios para tener control sobre el avión. Luego de la Iª Guerra Mundial, los países entenderían el importante rol de la aviación, tanto en el ámbito militar como su promisorio uso en el transporte y conectividad. Es así como en el periodo entre guerras nacen casi todas las Fuerzas Aéreas del mundo y también las líneas aéreas encargadas del transporte de pasajeros, correo y carga en aeronaves que comenzaban a contar con mayores sistemas de control y navegación respecto a las generaciones anteriores. Consecuente con eso, nacen nuevos instrumentos en el cockpit (panel de control del piloto).

Ya finalizada la IIª Guerra Mundial se dio inicio a la era jet, con la cual se introdujeron nuevos modelos de aeronaves, y a su vez se generó la necesidad de mejorar los sistemas de navegación, ya que estas aeronaves eran capaces de volar a mayores altitudes y cubrir grandes distancias, reduciendo considerablemente los tiempos de vuelo. Cada vez se incluía una mayor cantidad de instrumentos y, por otro lado, mejoraba algo la precisión de estos.
Debemos entender que para esa época estamos hablando de instrumentos análogos, es decir, una presentación similar a la de un reloj con carátula y agujas, pero con complejos sistemas en su interior que entregan la información necesaria al piloto.

Mientras pasan las décadas, los avances de la aviación son cada vez mayores. Entre 1970 y 1990 se desarrollaron muchas de las aeronaves que aún se encuentran vigentes, tanto en el ámbito civil como en el militar. Durante este periodo, y en paralelo, hay industrias que avanzan a pasos agigantados, en áreas de la computación y electrónica. Ambas serán desde ese momento factores claves al integrarse al desarrollo aeronáutico.

Previo a éstos avances, los paneles de control ya estaban colmados de instrumentos, todos análogos, de distintos tamaños y funcionalidades. Los pilotos, a su vez, han sido rigurosamente entrenados para poder leer la información entregada por los instrumentos, cruzar datos, procesarlos rápidamente en su cabeza y en base a esto maniobrar su avión en las fases más críticas de un vuelo como despegue y aterrizaje. Sin duda, la tarea se vuelve más compleja en la medida que se añaden variables, lo que requerirá del piloto una atención total en sus instrumentos de vuelo, para así no cometer errores en la toma de decisión y control de la aeronave.

Entendamos ahora un concepto de aviación, haciendo una analogía con la vida cotidiana. Imaginemos que debemos presentar un resultado financiero de una empresa o de nuestro hogar, y para ello solo contamos con lápiz y papel para realizar todos los cálculos de ingresos, gastos, etc. ¿Cuánto tiempo tardaríamos? Por otro lado, pongámonos en la situación de que para esa misma tarea tenemos una planilla de Excel donde sólo se deben ingresar los montos y ésta hará todo el cálculo, entregando un resultado preciso y al instante, incluso con
gráficos.

¿Cuál fue el método más eficiente? ¿Cuál de los dos tiene mayor probabilidad de error? Las respuestas son obvias y debemos saber que lo mismo pasa en aviación, donde hoy las herramientas físicas que tiene un piloto para procesar datos, tanto en la planificación como durante el vuelo, le permiten tener información confiable y al instante, disminuyendo la probabilidad de error y optimizando su tiempo.

Estos cambios fueron introducidos poco a poco en la aviación, y como vimos anteriormente, se fueron produciendo en paralelo a los avances en computación y electrónica, pues en la década de los 80, si bien existían computadores capaces de procesar datos y pantallas para presentar información, basta recordar que en ese tiempo no existía la tecnología LCD o LED, por lo que el tamaño de los televisores y procesadores que se usaban era considerable y, por consecuente, no se hacía fácil incorporar esta tecnología en un panel de instrumentos de un avión.

Cockpit de un Boeing 757, introducido a comienzos de los 80, se observa un esquema híbrido con instrumentos análogos y varias pantallas de rayo catódico donde se presenta información a los pilotos. Además es pionero en la incorporación del Flight Managment Computer (FMC) y del Control Display Unit (CDU), que se ven al costado exterior del pedestal central separa a ambos pilotos.

En la década de 1990 el desarrollo en aviónica (electrónica aplicada a la aviación)alcanza a todos los segmentos de la industria aeronáutica, de esa forma se empiezan a incorporar en muchos modelos de aeronaves pantallas que presentan de forma sintetizada la misma información que entregaban instrumentos análogos, muchas de estas incluso teniendo la opción de poder configurarse y presentar la data requerida por el piloto en un determinado momento del vuelo. En otros casos se utiliza también el Head-up Display (HUD), presentación que fue creada inicialmente para uso militar, y que permite al piloto observar los parámetros básicos de vuelo mientras mira hacia adelante a través de una proyección en un vidrio especialmente diseñado para esto.

Visualización de parámetros de vuelo a través de un HUD

Otro de los avances que también tienen un origen militar, pero ya ha sido ampliamente incorporado en la aviación civil y comercial, tiene relación con la forma de conectar los controles del piloto a las superficies móviles del avión (alerones, timón de profundidad y timón de dirección), los que originalmente estaban conectados directamente por complejos sistemas de barras y cables, en muchos casos ya no tienen una conexión física con los controles del
piloto, a esto se le conoce como sistema Fly by Wire (FBW) donde, explicándolo de un modo muy simple, todo movimiento que haga el piloto con sus controles de vuelo pasa por una computadora de datos que a su vez procesa información proveniente de distintos sensores del avión y, finalmente, entrega una orden eléctrica para que actuadores, generalmente hidráulicos, muevan las superficies de control

Volviendo a los paneles de instrumentos, muchas empresas fabricantes de aeronaves y operadores a lo largo del mundo ven las ventajas de estos avances tecnológicos, y comienzan la transición desde presentaciones análogas a digitales en sus aviones. Mediante procesos de actualización e incorporación de estos nuevos sistemas se generan importantes mejoras en la interacción del piloto con las aeronaves.

En estas imágenes se observan las diferencias entre el cockpit análogo de un C-130 Hercules (izq.) y una versión más reciente en el desarrollo de la aeronave, el C-130J (der.) que incluye pantallas multifunción, computadores de datos FMS y HUD para ambos pilotos.

Finalmente, se crea el concepto de Glass Cockpit, o cabina de cristal, que corresponde a aeronaves que solo utilizan instrumentos digitales y eventualmente un par de análogos como respaldo, aunque algunas también usan instrumentos digitales más pequeños para esa función. Con este concepto se comienzan a diseñar y producir la mayoría de las aeronaves actualmente, y es que además de las ventajas que mencionamos, existen otras del punto de vista de la ingeniería, como por ejemplo, una considerable reducción del peso de los instrumentos de vuelo, reducción en el cableado y facilidades en el mantenimiento de los sistemas.

Concepto de Glass Cockpit en un Cirrus SR22T, empresa pionera en la implementación de esta tecnología en aeronaves utilitarias a comienzos del 2000.

Abajo, podemos ver el cockpit de un F-35 donde ha sido eliminado el clásico HUD, instalado sobre el panel de instrumentos, y ha sido reemplazado por un avanzado sistema de proyección en el visor del casco del piloto.

Visión desde el casco del F-35, que sería producido por Collins Aerospace, Elbit Systems North America y Lockheed Martin.

Todo lo anterior produce un gran alivio en la carga de trabajo del piloto, y sumado a avances en los procesadores de datos de las aeronaves, los instrumentos entregan cada vez información más precisa y confiable, por lo que hay un importante aspecto de seguridad que se ha instaurado en la industria producto de todos los cambios que hemos mencionado. Pues bien, se ha presentado de forma resumida cómo ha evolucionado la interacción del piloto con su aeronave. Ahora, es tiempo de hablar sobre latentes debates en la industria de la aviación respecto al uso de estas nuevas tecnologías y, por otro lado, si estas afectan de alguna forma a los pilotos.

Confiabilidad de nuevas tecnologías

Todo cambio trae consigo algunas dudas respecto a su fiabilidad. Y aunque en la aviación los sistemas suelen ser sometidos a numerosas pruebas antes de su implementación, siempre existirá cierta resistencia y dudas como ¿qué pasa si el sistema falla? o ¿estará funcionando correctamente en todo momento?

Afortunadamente, es un tema prácticamente superado ya que, tal como exponíamos, tras cada sistema implementado existen años de estudio y desarrollo y dado que la seguridad es un pilar fundamental en la industria aérea, se deben cumplir rigurosos estándares que aseguran la funcionalidad de los sistemas. Una de las claves en la confiabilidad de estos es la redundancia de fuentes y datos. A modo de ejemplo, un instrumento que presenta información recibe datos desde distintos sensores que a su vez son procesados por un computador el cual, generalmente, tiene la capacidad de discriminar errores y así entregar una información precisa al piloto. En el caso de falla, siempre hay uno o más sistemas de respaldo que permiten obtener la información necesaria para continuar con un vuelo seguro.

Pilotos y su formación

A la fecha, del universo de pilotos volando tanto en la aviación civil como militar, la mayoría hemos aprendido a volar en aviones con instrumentos análogos o sistemas híbridos por lo que la incorporación de estas nuevas tecnologías, en la medida que avanzamos en nuestras carreras, sugiere una transición natural y lógica.

Por otro lado, es sabido que un piloto debe poseer habilidades técnicas y otras no técnicas. Refiriéndose netamente a las primeras, la habilidad para controlar el avión, interpretar correctamente la información de instrumentos, y una buena toma de decisión son parámetros básicos que debe tener un piloto para valerse como tal. En ese sentido, y de acuerdo a estudios que se han realizado con diversos grupos de pilotos, contar con la experiencia de haber volado con instrumentos análogos, o en aeronaves sin sistemas de automatización, le entregan una pequeña ventaja en el control de la aeronave y la toma de decisiones, al compararlo con otros que solo han tenido la experiencia en aeronaves del tipo Glass Cockpit o con sistemas muy automatizados.

Nacen entonces la primeras preguntas: ¿Es necesario que todo piloto tenga la experiencia de volar con instrumentos análogos y sin mayores ayudas automáticas? ¿Qué tan buena es la formación de pilotos en aeronaves con avanzados sistemas digitales y automatización?

La mayoría de los que actualmente ejercemos la profesión de volar, hemos sido parte de estos cambios al incorporar continuamente el uso de nuevas tecnologías en la aviación, viéndonos, de cierta forma, forzados a sumarse al proceso de actualización. Lo anterior termina siendo beneficioso ya que casi todo cambio introducido ha tenido largos procesos de pruebas y, finalmente, se han implementado en pro de la seguridad y eficiencia de la industria.

Esta tecnología llegó para quedarse, y en la medida en que pasen los años, seremos testigos de cómo sigue evolucionando la interacción del piloto con la aeronave. El debate sobre las habilidades que entrega aprender a volar con instrumentación análoga versus la digital debiese tomar otro foco, y centrarse en cómo entregar mejores herramientas a los pilotos para ejercer su profesión en base a las tecnologías actuales y futuras.

La idea es no perder las habilidades técnicas básicas de un piloto y, nuevamente, lo analizaremos con una analogía del diario vivir. Seguramente han escuchado a alguien preguntarse: ¿para qué aprendemos complejos problemas de álgebra o trigonometría en colegios y universidades si existen herramientas que nos pueden entregar los resultados al instante y sin error? Las respuestas generalmente irán de la mano con la necesidad de desarrollar un pensamiento lógico e integral del ser humano, el cual no debemos perder, independiente de las herramientas con las que contemos para hacer más fácil nuestro día a día.

Lo mismo ocurre en la aviación. Hay cosas básicas que debemos manejar y ser capaces de controlar, por lo que es tiempo de hacer hincapié en que el foco de la industria debiese ser la adaptación del entrenamiento con estas nuevas tecnologías de manera de no perder ni un ápice de las habilidades ya alcanzadas en el tiempo.

La clave está en comprender que en el mundo en que vivimos debemos ser capaces de evolucionar y adaptarnos a nuevos escenarios, quien no lo hace, quedará inmediatamente relegado. En este caso, es recomendable asumir las nuevas tecnologías como algo natural, incorporarlas, y sumarse a este proceso de constante actualización, reforzando siempre mantener y transmitir las habilidades necesarias a las nuevas generaciones de pilotos.

Foto portada: Sgt. Rezende/ Força Aérea Brasileira