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Metodología JARUS de Evaluación de la Automatización
Comprendiendo los Niveles de Automatización en las Operaciones de UAS
La industria de la aviación no es ajena a la automatización desde hace muchos años. Desde los pilotos automáticos en los aviones hasta la manipulación automatizada de equipajes en los aeropuertos, la tecnología ha desempeñado un papel significativo en la optimización de las operaciones y la mejora de la seguridad. Sin embargo, con el surgimiento de sistemas aéreos no tripulados (UAS) o drones, se ha introducido un nuevo término: autonomía. Desafortunadamente, este término ha causado mucha confusión y, como resultado, las Autoridades Conjuntas para la Normativa de Sistemas no Tripulados (JARUS) han publicado un documento para proporcionar un marco común para discutir la implementación y el impacto de la automatización progresiva de funciones.
La automatización ha sido parte de la aviación durante mucho tiempo y sus beneficios son bien conocidos por la industria. By automating certain tasks, pilots can focus on more critical aspects of the flight, and ground operations can be streamlined to reduce costs and improve efficiency. Al automatizar ciertas tareas, los pilotos pueden centrarse en aspectos más críticos del vuelo y las operaciones terrestres pueden ser optimizadas para reducir costos y mejorar la eficiencia
El documento de JARUS tiene como objetivo aclarar el uso del término autonomía y proporcionar una comprensión común de su significado en el contexto de las operaciones de UAS. El documento enfatiza que el uso del término autonomía debería reservarse para sistemas que puedan operar completamente de manera independiente sin intervención humana. Sin embargo, muchos sistemas UAS actuales no cumplen con esta definición y, como resultado, el término autonomía no debería usarse para describirlos.
El documento también reconoce que la tecnología, los procedimientos operativos y la infraestructura necesarios para lograr la plena autonomía aún pueden no ser lo suficientemente maduros. Por lo tanto, el objetivo del documento no es abogar por la aprobación de operaciones o sistemas específicos, sino proporcionar un contexto coherente para los reguladores, la industria y la normalización.
Definición de Niveles de Automatización
La integración de los UAS en nuestro espacio aéreo presenta desafíos complejos debido a la amplia variedad de sistemas y sus capacidades. Proporcionar un esquema de clasificación único para los niveles de automatización es difícil en este entorno complejo y variado. Sin embargo, al desarrollar una comprensión común de las capacidades y limitaciones de UAS, podemos trabajar hacia una integración segura y eficiente de los UAS en nuestro espacio aéreo.
La solución a este problema es el Dominio de Diseño Operacional (ODD). OOD es un mecanismo que ayuda a definir el límite operacional dentro del cual se ha diseñado un sistema o función en particular para operar. ODD permite a los diseñadores, operadores y reguladores evaluar las capacidades de un sistema de espacio aéreo, una operación UAS específica, un UAS en particular o incluso un subsistema o función dentro de un UAS. Sin embargo, es importante considerar que los aviones modernos son plataformas altamente integradas con diferentes modos de operación y capacidades según los sistemas de información disponibles, lo que resulta en diferentes niveles de automatización utilizados para la misma tarea en diferentes contextos.
ODD ayuda a simplificar las relaciones funcionales complicadas. Por ejemplo, describir el nivel de automatización en el «modo sígueme» es desafiante porque involucra múltiples funciones en diferentes niveles. Con ODD, cada componente de la operación (como la detección de humanos, el control de la dinámica de vuelo y la respuesta a obstáculos) puede describirse en sus niveles específicos de automatización, mientras que la función «modo sígueme» opera en un nivel potencialmente diferente de control automatizado.
Antes de analizar cada uno de los niveles de automatización, es necesario comprender los siguientes conceptos:
El Ser Humano en el Ciclo (HITL)
Es un método de control del sistema que implica la participación directa del ser humano en la provisión de entradas y evaluación de salidas para gestionar los parámetros del sistema Este enfoque permite que los humanos sean una parte integral del ciclo de control y desempeñen un papel activo en las operaciones del sistema.
El Ser Humano en el Ciclo de Monitorización (HOTL)
Es un método de control del sistema en el que un ser humano está involucrado en la monitorización de una máquina que proporciona entradas y evalúa salidas para gestionar los parámetros del sistema. Esto es diferente del método «Ser Humano en el Ciclo» (HITL), donde un ser humano está proporcionando directamente entradas y evaluando salidas para gestionar los parámetros del sistema.
En el método HOTL, el ser humano no tiene control directo sobre el sistema, sino que monitorea su funcionamiento. La máquina es responsable de tomar decisiones y llevar a cabo tareas, mientras que el ser humano es responsable de asegurarse de que el sistema esté funcionando correctamente y de forma segura.
El método HOTL proporciona una capa adicional de seguridad y confiabilidad al sistema, ya que el ser humano puede intervenir y tomar el control si es necesario. Esto permite desarrollar sistemas más complejos y autónomos mientras se asegura que un ser humano esté involucrado en el proceso de toma de decisiones.
Sin Ser Humano en el Ciclo
Se refiere a un método de control del sistema en el que no hay intervención humana en la monitorización o gestión de los parámetros del sistema. En su lugar, una máquina es responsable de proporcionar entradas y evaluar salidas para garantizar que el sistema funcione correctamente. Este tipo de control se utiliza a menudo en sistemas altamente automatizados donde la máquina es capaz de funcionar de forma independiente sin necesidad de intervención humana.
Definición de Niveles de Automatización
Nivel 0 – Operación Manual
El ser humano ejecuta manualmente la función sin recibir apoyo de la máquina.
Nivel 1 – Operación Asistida
Las funciones en este nivel de automatización están diseñadas para ayudar al ser humano a realizar tareas. La máquina opera en un papel de apoyo fuera del ciclo de las acciones humanas. Aunque el ser humano sigue teniendo el control de la ejecución de la función, la máquina puede proporcionar una ayuda limitada dentro del ODD designado, como proporcionar información relevante.
Nivel 2 – Reducción de Tareas
Este nivel de automatización implica un control y monitoreo compartido entre el ser humano y la máquina, donde la máquina asume un papel de gestión en el ciclo para ayudar a reducir la carga de trabajo y / o el nivel de habilidad requerido del ser humano para completar la tarea. Aunque el ser humano sigue liderando la ejecución de la función, la máquina ahora proporciona un nivel de apoyo más sustancial dentro de un ODD claramente definido.
Nivel 3 – Automatización Supervisada
En este nivel de automatización, la máquina realiza la función mientras el ser humano supervisa y puede intervenir si es necesario. El ser humano no está al tanto de los estados internos de la máquina pero supervisa los resultados por seguridad. La máquina lidera la ejecución dentro de un ODD definido, pero el ser humano lo monitorea continuamente y debe tener la información necesaria para intervenir si es necesario. Se requiere un diseño cuidadoso del sistema de factores humanos para garantizar que el ser humano tenga toda la información necesaria para pasar de «en el ciclo» a «en el ciclo» cuando sea necesario.
Nivel 4 – Gestión por Excepción
En este nivel de automatización, la máquina realiza la función de forma independiente y alerta al ser humano solo cuando surge un problema. A diferencia de los niveles inferiores, no se requiere que el ser humano supervise la función en tiempo real, pero debe estar disponible y ser capaz de intervenir si es necesario. Una vez que la máquina ha demostrado su capacidad para realizar toda la función de manera efectiva y responder al entorno, la tripulación puede confiar en que opere sin supervisión humana dentro de un ODD especificado. Construir la confianza requiere garantizar la confiabilidad del sistema, incluido el cumplimiento de las expectativas de seguridad en términos de confiabilidad, integridad y garantía.
Por ejemplo, la Primera Guía Utilizable de EASA para Aplicaciones de Aprendizaje Automático de Nivel 1 – Problema 1 proporciona orientación para los métodos basados en IA impulsados por datos. Un ejemplo a nivel de sistema de este nivel de automatización es el sistema autónomo de vigilancia «drone-in-a-box».
Nivel 5 – Automatización Completa
En una función completamente automatizada, la máquina asume la responsabilidad total de ejecutar la tarea, mientras que la comprensión de los parámetros operativos del ser humano es mínima o inexistente. La interacción del ser humano con la máquina suele limitarse a proporcionar directivas estratégicas, como la planificación previa al vuelo, y observar los resultados. Además, sin autorización especial, el ser humano no puede intervenir en tiempo real debido a limitaciones prácticas o exclusión deliberada dentro del ODD. Se espera que estas operaciones requieran tecnologías avanzadas, como la inteligencia artificial, o limitaciones estrictas en el ODD para restringir la operación de la función autónoma.
A continuación, se presenta un ejemplo de cómo se usaría el control de velocidad de vuelo en un UAS según los niveles indicados:
- En el Nivel 0, el piloto tiene control manual del acelerador sin medición de velocidad del aire.
- En el Nivel 1, el sistema proporciona la velocidad del aire actual y los límites mínimo/máximo para que el piloto ajuste el acelerador/RPM.
- En el Nivel 2, el piloto comanda directamente la velocidad del aire y la máquina controla el RPM/acelerador según sea necesario.
- En el Nivel 3, la máquina define el comando de velocidad del aire bajo supervisión del piloto.
- En el Nivel 4, la máquina define el comando de velocidad del aire y alerta al piloto si se violan los límites predefinidos.
- En el Nivel 5, no se espera que el piloto supervise o intervenga en el control de la velocidad del aire en ninguna etapa del vuelo.