Las universidades y las instituciones de investigación utilizan cada vez más los drones para realizar levantamientos topográficos y recopilar datos en lugares peligrosos, costosos o poco prácticos para los métodos convencionales. Es posible sobrevolar glaciares con grietas utilizando radares de penetración terrestre sin exponer a los investigadores a hielos inestables. Los yacimientos arqueológicos en acantilados propensos a desprendimientos pueden cartografiarse sin depender exclusivamente de técnicas de acceso con cuerdas, mientras que la fauna y la vegetación pueden monitorearse causando menos molestias en hábitats sensibles.
Basándose en estudios publicados y proyectos de campo documentados, este artículo examina el uso de drones en las ciencias naturales, la ingeniería y otras áreas de la investigación académica. En todos estos campos, la teledetección y la fotogrametría basadas en vehículos aéreos no tripulados (UAV) han ampliado la cobertura de los estudios, han hecho más prácticas las mediciones repetidas y han permitido nuevos enfoques en la investigación de campo.
Puntos clave
- En las ciencias de la Tierra, los radares de penetración terrestre y los magnetómetros permiten a los investigadores observar bajo glaciares, capas de nieve y formaciones rocosas que los estudios terrestres no pueden cubrir de forma segura o eficiente.
- Los arqueólogos y ecólogos utilizan ese mismo enfoque no invasivo para cartografiar ruinas enterradas y monitorear la fauna sin alterar ninguno de los dos.
- En agricultura e hidrología, la repetibilidad es más importante que la resolución. Volar siguiendo la misma trayectoria cada vez es lo que hace que las mediciones sean comparables a lo largo de una temporada o durante una inundación.
- Los drones son tanto una herramienta de enseñanza como de investigación, ya que los estudiantes planifican un vuelo real, lo ejecutan y elaboran su propio análisis a partir de los datos recopilados.
- Los drones son también un objeto de investigación en sí mismos, abarcando trabajos en áreas atmosféricas, marinas, estructurales y de robótica, desde la elaboración de perfiles meteorológicos hasta la inspección de puentes y los algoritmos de navegación detrás del helicóptero de la NASA en Marte.
Recopilación de datos y monitoreo de campo
Los drones amplían el alcance y la frecuencia con la que los investigadores pueden recopilar datos, especialmente en terrenos remotos, peligrosos o sensibles a las perturbaciones.
- Un equipo de dos personas con un dron puede cubrir de 60 a 200 kilómetros lineales al día, en comparación con los 15 a 20 que se recorren a pie. Es por esto que los geofísicos de la Universidad de Nevada, Reno, utilizaron magnetometría con drones para cartografiar sistemas geotérmicos ocultos en terrenos que un equipo terrestre apenas podría atravesar.
- Los estudios corregidos con RTK pueden resolver detalles a escala subcentimétrica. Un estudio fotogramétrico vertical de los acantilados de 85 grados en Acrocorinto, Grecia se alcanzó una distancia de muestreo del suelo de 0,4 centímetros en un solo día de vuelo.
- Un dron puede observar la vida silvestre o terrenos frágiles sin que una persona o vehículo perturbe el lugar, y la misma ruta de vuelo puede repetirse más tarde para construir una serie temporal real en lugar de una sola instantánea.
Los drones en la educación STEM
Una sola tarea con drones puede integrar GPS, teledetección y autonomía básica en un proyecto STEM (ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas), en lugar de enseñar cada disciplina como un ejercicio de laboratorio independiente.
- Los estudiantes planifican misiones reales y resuelven los mismos problemas —límites de batería, viento, precisión del GPS— a los que se enfrentan los equipos de topografía profesionales.
- En la Embry-Riddle Aeronautical University, los estudiantes de aviación realizan sus propios levantamientos topográficos de cementerios y, posteriormente, entrenan y prueban sus propios modelos de IA para contar lápidas a partir de las imágenes, alcanzando un 97 por ciento de precisión respecto a la realidad del terreno en el primer semestre del programa.
- El mismo curso abarca geografía, física, estadística y aprendizaje automático, brindando a los estudiantes experiencia práctica en teledetección y clasificación de datos dentro de un mismo proyecto.
Investigación ambiental, ecológica y de vida silvestre
Los ecólogos utilizan drones para monitorear la vida silvestre y rastrear la vegetación y el estrés climático, reduciendo la perturbación que causaría un equipo de estudio en tierra.
- Las imágenes multiespectrales revelan el estrés de las plantas invisible al ojo humano. Un equipo de la Universidad de Oxford que estudia la adaptación de los bosques tropicales al cambio climático vuela un vehículo aéreo no tripulado (UAV) con doble cámara sobre sitios en México, Perú, Brasil, Ghana, Gabón, Malasia y Australia para leer la reflectancia del dosel junto con la química de las hojas.
- Las imágenes aéreas permiten a los investigadores contar animales sin que un barco o un equipo terrestre los moleste. La Universidad de Stanford, Point Blue Conservation Science y Conservation Metrics estudiaron una de las colonias de pingüinos de Adelia más grandes de la Antártida de esta manera. El tiempo de estudio se redujo de tres días a menos de tres horas, logrando fotografiar a más de 300.000 parejas reproductoras.
- Repetir una ruta de vuelo con precisión métrica permite realizar un seguimiento del mismo sitio temporada tras temporada, distinguiendo una tendencia ecológica real de la variación normal de un año a otro.
Arqueología y patrimonio cultural
La magnetometría y la fotogrametría permiten a los arqueólogos encontrar estructuras enterradas y documentar sitios frágiles sin necesidad de excavaciones o acceso mediante cuerdas.
Investigadores de la Universidad Ludwig-Maximilians de Múnich, por ejemplo, hicieron volar un magnetómetro a tan solo 45 centímetros del suelo en el fuerte romano de Theilenhofen, en Alemania. El estudio de 3,8 hectáreas permitió identificar zanjas, hogares y cimientos de piedra invisibles desde la superficie.
En la acrópolis de Acrocorinto, en Grecia, un equipo diferente cartografió acantilados propensos a desprendimientos de rocas bajo el sitio histórico mediante fotogrametría vertical, completando el trabajo en un solo día y sin necesidad de un equipo de topografía con cuerdas. Más allá de los estudios puntuales, los vuelos repetidos sobre el mismo lugar permiten realizar un seguimiento de la erosión y los daños estructurales a lo largo del tiempo, ofreciendo a los conservadores una alerta temprana en lugar de una reacción tardía.
Geociencias, geomorfología y exploración minera
Los geólogos utilizan magnetometría basada en drones para cartografiar formaciones rocosas y depósitos minerales con una resolución que los estudios terrestres y los helicópteros difícilmente pueden igualar por sí solos.
- El Servicio Geológico de Noruega cartografió anomalías magnéticas en cinco kilómetros cuadrados de escarpados valles montañosos cerca de Knaben. Utilizando un modelo de elevación importado, el equipo siguió automáticamente el terreno y mantuvo una altura constante de 50 metros sobre el suelo a lo largo de 170 líneas de estudio.
- En Pocheon, Corea del Sur, el Instituto Coreano de Geociencias y Recursos Minerales comparó estudios magnéticos realizados con helicópteros y drones del mismo depósito de mineral de hierro. El menor espaciado entre líneas del dron permitió distinguir lo que parecía un solo cuerpo de mineral en dos anomalías distintas.
- En la cordillera Humboldt de Nevada, geofísicos de la Universidad de Nevada, Reno, utilizaron magnetometría con vehículos aéreos no tripulados (UAV) para rastrear fallas enterradas que marcan sistemas geotérmicos ocultos sin expresión superficial, a una fracción del costo de un estudio aéreo convencional.
Investigación en glaciología y criosfera
El radar de penetración terrestre transportado por drones revela la estructura interna del hielo y la nieve sin exponer a los investigadores a terrenos inestables.
- Investigadores de la Universidad de Lausana compararon los estudios de radar realizados a pie y mediante drones en el glaciar Otemma de Suiza, descubriendo que el sistema aéreo registró datos al menos cuatro veces más rápido que el estudio previo realizado sobre esquís, con una mejor calidad general.
- El instituto de investigación austriaco GEORESEARCH sobrevoló el glaciar Kitzsteinhorn con un radar de penetración terrestre a una altura constante de 5 metros sobre la nieve para cartografiar las capas que determinan el riesgo de avalanchas, sin necesidad de cavar pozos en terrenos inestables.
- Un sistema similar permitió a los investigadores de la Universidad de Arizona caracterizar la estructura interna de los glaciares rocosos en lugares remotos de Alaska y Wyoming, extendiendo el método del hielo glaciar a la roca y los escombros congelados.
Hidrología y recursos hídricos
Los ríos y las balsas de aguas pluviales son difíciles de medir con precisión desde tierra, ya que los niveles del agua cambian rápidamente y vadearlos durante una inundación suele ser peligroso.
- Un consorcio dirigido por la Universidad Técnica de Dinamarca realizó un estudio multisensor de 10 kilómetros del río Rönne Å en Suecia durante un episodio de lluvia, manteniendo el error de la elevación de la superficie del agua por debajo de los 3 centímetros en comparación con los instrumentos terrestres, incluso mientras el río crecía.
- El Centro de Innovación en Teledetección no Tripulada del Mohawk College colaboró con la ciudad de Hamilton para inspección de 70 estanques municipales de aguas pluviales mediante ecosonda montada en dron. Este método sustituyó a las inspecciones manuales en bote de remos y produjo estimaciones de volumen que coincidieron con las derivadas de datos LiDAR paralelos.
Investigación marina y costera
La técnica de lente fluida de la NASA corrige la distorsión de las olas desde el aire, lo que permite crear mapas de arrecifes mediante drones con resolución centimétrica. Un estudio de 2026 lo utilizó para cartografiar 5 kilómetros cuadrados del arrecife de la bahía de Tumon en Guam antes y después del tifón Mawar de categoría 4, documentando un descenso del 59 por ciento en el coral masivo y un aumento del 105 por ciento en la cobertura de algas.
El mismo punto de vista aéreo funciona para lo que vive en un arrecife, no solo para su estructura. Un estudio publicado en el ICES Journal of Marine Science determinó que los estudios con drones aéreos son una alternativa viable y menos invasiva a las cámaras submarinas con cebo para monitorear tiburones y rayas en aguas costeras.
Ciencias agrícolas y vegetales
La investigación en agricultura de precisión depende de inspeccionar la misma parcela repetidamente, que es donde un dosel denso y uniforme suele ralentizar el vuelo de un dron estándar.
- Al comparar cinco métodos de vuelo sobre una plantación de árboles de Navidad de 2,45 hectáreas, la Universidad de Dalhousie descubrió que las trayectorias de vuelo circulares reducían el tiempo total de vuelo en un 64 por ciento y el tiempo de procesamiento en un 83 por ciento en comparación con un estudio de cuadrícula estándar, sin pérdida en la precisión de la medición.
- Las imágenes multiespectrales señalan enfermedades o estrés hídrico en el dosel antes de que sean visibles para alguien que camina entre las filas, lo que permite a los investigadores intervenir antes en un ensayo.
Investigación atmosférica y climática
Los drones están empezando a llenar el vacío entre las estaciones meteorológicas terrestres fijas y los pasos de los satélites, perfilando la capa más baja de la atmósfera donde las condiciones cambian más rápidamente.
- Perfilado de la capa límite. La Universidad de Oklahoma Programa CopterSonde desarrolló una pequeña plataforma de aeronave de rotor diseñada específicamente para la investigación de la capa límite atmosférica. En sitios fijos, recopiló perfiles verticales de temperatura, humedad y viento con mayor frecuencia que los lanzamientos rutinarios de globos meteorológicos.
- Validación operativa. Una campaña dirigida por la Organización Meteorológica Mundial probó el perfilado basado en drones dos veces al día durante dos meses en un centro de investigación en Japón, descubriendo que los datos cumplían con la precisión necesaria para la predicción meteorológica numérica al compararlos con radiosondas tradicionales.
Robótica y sistemas autónomos
Los departamentos de ingeniería también estudian los drones como objeto de investigación por derecho propio, no solo como una herramienta para recopilar otros datos. El Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, por ejemplo, ha estado probando drones de investigación sobre dunas de arena en el desierto de Mojave, California, para desarrollar software de navegación para una futura aeronave de rotor para Marte. El trabajo se basa en los límites de seguimiento del terreno que ralentizaron los vuelos posteriores del helicóptero Ingenuity en Marte.
Los laboratorios de robótica universitarios adoptan un enfoque similar en tierra, utilizando drones que ejecutan firmware de control de vuelo de código abierto como ArduPilot o PX4 como banco de pruebas para la investigación de navegación autónoma y coordinación multiagente, el mismo problema detrás del algoritmo de enrutamiento personalizado que el equipo de Stanford utilizó para estudiar las colonias de pingüinos descritas anteriormente.
Soluciones con drones para la investigación académica
Los proyectos anteriores se basan en las mismas herramientas básicas: software de planificación de vuelo que mantiene una trayectoria precisa sobre terrenos difíciles, hardware que se integra perfectamente con el sensor en cuestión y una forma de convertir datos sin procesar en información valiosa.
- Software de planificación de vuelo UgCS: Trayectorias de seguimiento del terreno creadas a partir de sus propios datos de elevación, funcionamiento sin conexión y misiones guardadas para estudios repetidos idénticos, con precios académicos para investigadores individuales y despliegues en todo el laboratorio.
- Computadora a bordo SkyHub: El ordenador de a bordo del dron que sincroniza los datos del magnetómetro, GPR, ecosonda y otros sensores durante el vuelo.
- GeoHammer y DroneGIS: Procese e interprete datos de sensores, incluyendo flujos de trabajo de clasificación asistidos por IA.
- Programa de socios educativos: Lanzado en 2015, actualmente apoya a investigadores y proveedores de formación en más de 300 universidades de más de 40 países con acceso a software, formación y asistencia en la configuración para instituciones académicas y de investigación.
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Preguntas frecuentes
¿Necesito licencias o permisos especiales para utilizar drones en investigación?
En la mayoría de los países, sí. Las operaciones en la UE se rigen por las categorías de la EASA basadas en el peso y el entorno, mientras que la mayoría de los vuelos académicos en EE. UU. requieren la autorización FAA Part 107, además de una exención para vuelos más allá de la línea de visión (BVLOS) para el trabajo de campo por control remoto. Las universidades suelen añadir su propia autorización de vuelo, y los estudios que involucran a personas, fauna o sitios protegidos requieren la aprobación de permisos por separado.
¿Qué precisión tienen las mediciones basadas en drones para la investigación científica?
Con posicionamiento RTK o PPK y suficientes puntos de control terrestre, es posible alcanzar una precisión de nivel centimétrico, algo cada vez más documentado. El estudio del huerto de Dalhousie mencionado anteriormente midió un RMSE de 1,4 a 1,5 centímetros en todos los métodos de vuelo probados, y el estudio de Rönne Å mantuvo la elevación de la superficie del agua por debajo de los 3 centímetros en comparación con los instrumentos terrestres.
¿Cómo pueden las universidades integrar los drones en sus flujos de trabajo de investigación existentes?
La integración depende de la formación, la compatibilidad de los datos y un protocolo escrito. Los cursos de formación acortan la curva de aprendizaje para los nuevos estudiantes, las exportaciones a formatos estándar como SEG-Y, CSV o NMEA-0183 se integran perfectamente en los flujos de trabajo SIG existentes, y un protocolo documentado mantiene la calidad de los datos constante independientemente de quién realice el vuelo.