Navegación por estima para niños
La navegación por estima es una forma de saber dónde estás o dónde estará un vehículo (como un barco, un avión o un robot) usando cálculos. Para hacerlo, se parte de una posición conocida y se usan la dirección y la velocidad a la que se mueve el vehículo. Es como calcular tu posición "estimada" o "de fantasía" en un mapa.
Este método se usa en diferentes áreas:
- En la navegación de barcos.
- En la navegación de aviones.
- En la robótica, para que los robots sepan dónde están.
La navegación por estima tiene un problema: los errores se van acumulando. Esto significa que cuanto más tiempo se usa, menos precisa puede ser la posición. Hoy en día, con la ayuda de sistemas modernos como el GPS (Sistema de Posicionamiento Global) que usan satélites, la navegación por estima ya no es el método principal para saber la posición exacta. Sin embargo, los sistemas de navegación inercial, que son muy precisos para saber la dirección, sí usan la navegación por estima y son muy comunes.
Contenido
¿Cómo se calcula la posición estimada?
Para calcular la posición estimada, se necesita saber dónde se empezó, qué tan rápido se ha movido el vehículo y en qué dirección. Imagina que sabes dónde estás ahora. Si caminas 10 metros hacia el norte, puedes estimar que estás 10 metros al norte de tu punto de partida.
Antiguamente, estos cálculos se hacían a mano usando tablas especiales. Los marineros anotaban cuidadosamente en un cuaderno de bitácora los cambios de dirección y velocidad. También tenían en cuenta la corriente del agua como si fuera un movimiento extra.
En la época de los barcos de vela, los marineros usaban una herramienta llamada "zorro". Era una tabla con agujeros donde ponían fichas para recordar las direcciones y velocidades. Luego, el navegante usaba esta información para hacer sus cálculos.
Hoy en día, con los sistemas de navegación por satélite, este método es menos necesario. Pero sigue siendo útil porque no depende de señales externas. Por eso, es importante (y obligatorio para los navegantes profesionales) seguir aprendiendo y usando la navegación por estima, incluso si se tienen otros sistemas de posicionamiento.
¿Qué tipo de errores pueden ocurrir?
Aunque la navegación por estima puede dar una idea de dónde estás sin mucha tecnología, tiene errores importantes. Para que la información sea precisa, la velocidad y la dirección deben conocerse con mucha exactitud en todo momento. Por ejemplo, este método no tiene en cuenta si el viento o la corriente desvían el vehículo. Estos errores se hacen más grandes cuanto más largo es el viaje.
Por ejemplo, si se mide la distancia contando las vueltas de una rueda, cualquier diferencia entre la distancia real y la supuesta por cada vuelta (por ejemplo, si la rueda resbala) causará un error. Como cada nueva posición se calcula a partir de la anterior, los errores se van sumando con el tiempo.
La precisión de la navegación por estima puede mejorar mucho si se usan otros métodos más confiables para corregir la posición a mitad del viaje. Por ejemplo, si estás caminando en un lugar con poca visibilidad, puedes usar la estima para acercarte a un punto de referencia conocido. Una vez que lo ves, puedes ir hasta él, lo que te da una posición exacta para empezar de nuevo.
¿Cómo se usa en los sensores móviles?
Saber dónde está un sensor que no se mueve es fácil, solo hay que ponerle un GPS. Pero un sensor móvil, que cambia de lugar todo el tiempo, es más difícil de localizar. Los sensores móviles se usan para recoger datos, por ejemplo, si están en un animal en un campo o en un soldado en un campo de batalla. En estos casos, no se puede poner un GPS a cada sensor porque son caros, grandes y gastan mucha batería.
Para solucionar esto, se usan algunos sensores de referencia (que sí tienen GPS) en el área. Estos sensores envían su ubicación constantemente. Los otros sensores cercanos reciben estas ubicaciones y calculan su propia posición usando técnicas matemáticas. Para localizar un sensor, se necesitan al menos tres ubicaciones de referencia conocidas.
A veces, un sensor solo recibe dos ubicaciones conocidas, lo que hace imposible localizarlo. Para esto, se usa la navegación por estima. Un sensor usa su ubicación calculada anteriormente para estimar su posición en momentos posteriores. Por ejemplo, si un sensor calculó su posición en un momento dado con tres referencias, en el siguiente momento puede usar esa posición anterior junto con otras dos referencias nuevas para calcular su nueva ubicación. Esto ayuda a localizar los sensores más rápido y en lugares donde es difícil obtener tres referencias.
En el estudio de cómo se orientan los animales, la navegación por estima se conoce como "integración de ruta". Los animales la usan para saber dónde están basándose en sus movimientos desde la última vez que supieron su ubicación. Se ha visto que animales como hormigas, roedores y gansos rastrean su posición continuamente en relación con su punto de partida y pueden regresar a él. Esta habilidad es muy importante para los animales que buscan comida y tienen un hogar fijo.
En el mar
En la navegación de barcos, un cálculo de estima no suele tener en cuenta el efecto de las corrientes marinas o el viento. A bordo de un barco, un mapa de navegación por estima es importante para evaluar la información de la posición y planificar el movimiento del barco.
La navegación por estima comienza con una posición conocida, que luego se actualiza (matemáticamente o directamente en el mapa) usando la dirección, la velocidad y el tiempo registrados. La velocidad se puede determinar de muchas maneras. Antes de los instrumentos modernos, se usaba una corredera. Los métodos más actuales incluyen medir la velocidad del motor o la velocidad del aire. Un barco de guerra usa un dispositivo que mide el movimiento del barco a través del agua. La distancia se calcula multiplicando la velocidad por el tiempo. Esta posición inicial se puede ajustar para tener en cuenta la corriente. Si no hay información de posición disponible, se puede empezar un nuevo cálculo de estima desde una posición estimada.
Las posiciones de estima se calculan a intervalos regulares y se mantienen entre las correcciones de posición. La duración del intervalo puede variar. Factores como la velocidad correcta, la naturaleza de los cambios de dirección y el criterio del navegante, determinan cuándo se calculan las posiciones de estima.
Antes de que se inventara el cronómetro marino en el siglo XVIII, la navegación por estima era el método principal para que los marineros, como Cristóbal Colón, supieran su longitud en sus viajes por el océano. Se crearon herramientas como el tablero transversal para que incluso los miembros de la tripulación que no sabían leer pudieran recoger los datos necesarios para la navegación por estima. Sin embargo, la navegación polinesia usaba técnicas diferentes para orientarse.
En el aire
El 21 de mayo de 1927, Charles Lindbergh aterrizó en París después de un vuelo sin escalas desde Estados Unidos en su avión "Spirit of St. Louis". Como el avión tenía instrumentos muy básicos, Lindbergh usó la navegación por estima para orientarse.
La navegación por estima en el aire es parecida a la del mar, pero un poco más compleja. La densidad del aire, el viento, el peso y la potencia del avión afectan su rendimiento.
La fórmula básica para la estima es: Distancia = Velocidad x Tiempo. Un avión que vuela a 250 nudos (millas náuticas por hora) durante 2 horas ha recorrido 500 millas náuticas en el aire. Se usa el "triángulo de viento" para calcular cómo el viento afecta la dirección y la velocidad del avión. También se usan tablas o computadoras de vuelo para calcular cómo la densidad del aire afecta la velocidad de ascenso del avión, el consumo de combustible y la velocidad del aire.
Se dibuja una línea de dirección en el mapa aeronáutico con posiciones estimadas a intervalos fijos (por ejemplo, cada media hora). Se usan observaciones visuales de características del terreno para hacer correcciones. Al comparar la posición real con la estimada, se corrigen la dirección y la velocidad del avión.
La navegación por estima es parte del plan de estudios de los pilotos de vuelo visual en todo el mundo. Se enseña sin importar si el avión tiene ayudas de navegación como GPS. Muchas escuelas de vuelo no permiten que los estudiantes usen ayudas electrónicas hasta que dominen la navegación por estima.
Los sistemas de navegación inercial (INS), que son muy comunes en aviones más avanzados, usan la navegación por estima internamente. El INS permite navegar de forma confiable en casi cualquier condición, sin necesidad de referencias externas, aunque puede tener pequeños errores.
En automóviles
Hoy en día, la navegación por estima se usa en algunos sistemas de navegación de coches de alta gama para mejorar el GPS. Las señales de satélite no llegan a los estacionamientos subterráneos ni a los túneles, y a menudo se debilitan en ciudades con edificios altos o cerca de árboles. En un sistema de navegación por estima, el coche tiene sensores que saben la circunferencia de las ruedas y registran sus giros y la dirección del volante. Estos sensores ya suelen estar en los coches para otras funciones (como el sistema de frenos) y el sistema de navegación puede leer sus datos. Luego, el sistema de navegación combina los datos de los sensores (que siempre están disponibles) con la información precisa del satélite (que a veces no está disponible) para dar una posición combinada y más exacta.
La navegación por estima se usa en algunas aplicaciones de robótica. Generalmente, ayuda a reducir la necesidad de sensores complejos como los ultrasónicos o el GPS en un robot autónomo. Esto hace que el robot sea más barato y menos complicado, aunque puede afectar su precisión. Un buen uso de la navegación por estima en robótica sería darle al robot una cantidad conocida de energía eléctrica o presión hidráulica a sus motores durante un tiempo determinado desde un punto de partida. La navegación por estima no es totalmente precisa, lo que puede causar errores en las distancias estimadas, desde unos pocos milímetros (en máquinas de control numérico) hasta kilómetros (en drones), dependiendo de la duración del recorrido, la velocidad del robot y otros factores.
Véase también
En inglés: Dead reckoning Facts for Kids
