Un simulador de movimiento o plataforma de movimiento es un mecanismo que crea la sensación de estar en un entorno de movimiento real. [ 1 ] En un simulador, el movimiento se sincroniza con una representación visual de la escena del mundo exterior (OTW). Las plataformas de movimiento pueden proporcionar movimiento en los seis grados de libertad (DOF) que puede experimentar un objeto que puede moverse libremente, como una aeronave o una nave espacial: [ 1 ] Estos son los tres grados de libertad rotacionales (balanceo, cabeceo, guiñada) y los tres grados de libertad traslacionales o lineales (avance, cabeceo, balanceo).
Tipos
Los simuladores de movimiento se pueden clasificar según si el ocupante controla el vehículo (como en un simulador de vuelo para el entrenamiento de pilotos) o si el ocupante es un pasajero pasivo , como en una atracción de simulador o un teatro de movimiento. [ 2 ]

- Ejemplos de simuladores de movimiento controlados por el usuario son los simuladores de vuelo , los simuladores de conducción y las máquinas recreativas hidráulicas para juegos de carreras y otros videojuegos arcade . Otros juegos de simulación de vehículos controlados por el usuario simulan el control de barcos, motocicletas, montañas rusas, vehículos militares, vehículos todo terreno o naves espaciales, entre otros tipos de vehículos. [ 3 ]
- Ejemplos de simuladores de movimiento pasivos son las atracciones de parques temáticos, donde un sistema de teatro completo , con una pantalla de proyección, se sitúa frente a los pasajeros. La base del simulador de movimiento también puede ser portátil, como en el caso del vehículo de movimiento mejorado .

Las plataformas de movimiento para simuladores de aeronaves se sitúan en la gama alta, al igual que algunas de las atracciones más caras de los parques de diversiones que utilizan una base de movimiento tipo simulador; los dispositivos de entretenimiento arcade se encuentran en la gama media, y las plataformas de movimiento para uso doméstico son de bajo coste, pero no tan capaces como los dispositivos de gama alta.
En los simuladores de vuelo que se utilizan para entrenar a los pilotos se emplean muchas plataformas de movimiento. [ 4 ]
Historia de las plataformas de movimiento
Una de las primeras plataformas de movimiento, la Sanders Teacher, se creó en 1910. Se trataba de un modelo de avión conectado al suelo mediante una junta universal. En presencia de viento, el piloto en formación podía utilizar las superficies de control del avión para mover el modelo en los tres grados de libertad de rotación : cabeceo, alabeo y guiñada.
En 1929, Edwin Link logró un avance significativo en la tecnología de plataformas de movimiento con la patente de lo que se conoció como el "Link Trainer". Este sistema utilizaba la palanca de mando y los controles del timón para controlar un fuelle tipo órgano ubicado bajo la cabina del simulador. El fuelle podía inflarse o desinflarse, generando movimiento en cabeceo, alabeo y guiñada.
En 1958, un simulador de vuelo para el avión Comet 4 utilizaba un sistema hidráulico de tres grados de libertad.
Las plataformas de simulación de movimiento actuales utilizan 6 gatos hidráulicos ("hexápodos") que proporcionan los seis grados de libertad: las tres rotaciones de cabeceo, balanceo y guiñada, además de los tres movimientos de traslación de elevación (hacia arriba y hacia abajo), balanceo (lateralmente) y avance (longitudinal).
Los movimientos de 6 grados de libertad (6 Dof) son señales poderosas cuando se combinan con imágenes del mundo exterior (OTW). Las plataformas de movimiento, junto con imágenes OTW, se utilizan en : simulación de vuelo, simulación de conducción, atracciones de parques de diversiones y pequeños simuladores domésticos.
La plataforma de movimiento se utiliza en aplicaciones de entrenamiento de vuelo militar y comercial . También en dispositivos de entretenimiento en parques temáticos, donde usuarios, desde una sola persona hasta grupos numerosos, se sientan en filas frente a pantallas en las que se proyectan imágenes sincronizadas con los movimientos de la plataforma ubicada bajo la cabina del simulador.

Un ejemplo típico de sistema de movimiento de alta gama es la plataforma Stewart , que ofrece seis grados de libertad (tres de traslación y tres de rotación) y emplea algoritmos sofisticados para proporcionar movimientos y aceleraciones de alta fidelidad. Estos sistemas se utilizan en diversas aplicaciones, incluidos simuladores de vuelo para el entrenamiento de pilotos.
En la gama media se encuentran las plataformas de movimiento en máquinas recreativas , atracciones y otros sistemas. Estos sistemas tienen un precio que oscila entre los 10.000 y los 99.000 dólares estadounidenses. Por lo general, requieren poco espacio, ocupando solo una parte de la sala de juegos, y ofrecen un rango de movimiento menor mediante sistemas de control similares, pero menos costosos, que los de las plataformas de gama alta.
En la década de 1980, se convirtió en tendencia que los videojuegos arcade utilizaran gabinetes arcade con simuladores de movimiento hidráulicos . [ 5 ] [ 6 ] La tendencia fue impulsada por los juegos "taikan" de Sega , donde "taikan" significa "sensación corporal" en japonés. [ 6 ] El primer juego de Sega en utilizar un gabinete con simulador de movimiento fue Space Tactics (1981), un simulador de combate espacial que tenía un gabinete de cabina donde la pantalla se movía en sincronía con la acción en pantalla. [ 5 ] La tendencia "taikan" comenzó más tarde cuando el equipo de Yu Suzuki en Sega (más tarde conocido como Sega AM2 ) desarrolló Hang-On (1985), un videojuego de carreras donde el jugador se sienta y mueve una réplica de motocicleta para controlar las acciones en el juego. [ 7 ] El equipo de Suzuki en Sega continuó con cabinas de simulador de movimiento hidráulico para juegos de disparos sobre raíles como Space Harrier (1985), juegos de carreras como Out Run (1986) y simuladores de vuelo de combate arcade como After Burner (1987) y G-LOC: Air Battle (1990). Una de las cabinas de simulador de movimiento más sofisticadas en las salas de juegos fue la R360 de Sega (1990), que simulaba la rotación completa de 360 grados de una aeronave. [ 5 ] [ 8 ] Desde entonces, Sega ha continuado fabricando cabinas de simulador de movimiento para juegos arcade hasta la década de 2010. [ 5 ]
Los sistemas de menor costo incluyen plataformas de movimiento para el hogar, que recientemente se han convertido en un dispositivo más común para mejorar videojuegos, simulaciones y realidad virtual. Estos sistemas tienen un precio que oscila entre los 1000 y los 9000 dólares estadounidenses. Durante la década de 2000, varias personas y empresas desarrollaron estos sistemas de movimiento más pequeños y asequibles. La mayoría de estos sistemas fueron desarrollados principalmente por entusiastas de la simulación de vuelo, se vendían como proyectos de bricolaje y podían ensamblarse en casa con componentes comunes por alrededor de mil dólares estadounidenses (1000 dólares). [ 9 ] Recientemente, ha aumentado el interés del mercado en plataformas de movimiento para uso doméstico más personal. La aplicación de estos sistemas de movimiento se extiende más allá de la simulación de entrenamiento de vuelo, abarcando un mercado más amplio de sistemas de simulación, entretenimiento y realidad virtual más generalizados y orientados a la práctica . [ 10 ]
Usos comunes
Análisis de ingeniería
Las plataformas de movimiento se utilizan habitualmente en ingeniería para el análisis y la verificación del rendimiento y el diseño de vehículos. La capacidad de vincular un modelo dinámico computarizado de un sistema específico con el movimiento físico permite al usuario percibir cómo respondería el vehículo a las órdenes de control sin necesidad de construir prototipos costosos. Por ejemplo, un ingeniero que diseña un depósito de combustible externo para una aeronave podría pedirle a un piloto que determine su efecto en las características de vuelo, o un ingeniero mecánico podría experimentar los efectos de un nuevo sistema de frenos sin necesidad de construir ningún componente físico, ahorrando tiempo y dinero.
Los fabricantes de aeronaves también utilizan simuladores de vuelo para probar nuevo hardware. Al conectar una cabina simulada con pantalla a un sistema de control de vuelo real en un laboratorio, integrando al piloto con los componentes eléctricos, mecánicos e hidráulicos de la aeronave real, se puede realizar una evaluación completa del sistema antes de las pruebas de vuelo iniciales. Este tipo de prueba permite simular fallos predefinidos (como una fuga hidráulica intencionada, un error de software o un apagado del ordenador) que sirven para validar que las funciones de redundancia de la aeronave funcionan correctamente. Un piloto de pruebas también puede ayudar a identificar deficiencias del sistema, como indicadores de advertencia inadecuados o ausentes, o incluso movimientos involuntarios de la palanca de control. Estas pruebas son necesarias para simular eventos de altísimo riesgo que no se pueden realizar en vuelo, pero que deben demostrarse. Si bien no es necesario un movimiento de seis grados de libertad para este tipo de prueba, la pantalla permite al piloto "pilotar" la aeronave mientras se activan los fallos simultáneamente.
Simuladores de atracciones
En ocasiones, se utilizan simuladores de movimiento en parques temáticos o de atracciones para ofrecer a los visitantes una simulación de vuelo u otro tipo de movimiento.
Algunos ejemplos:
- Star Tours: The Adventures Continue , ubicado en Disneyland y otros parques temáticos de Disney , utiliza simuladores de vuelo militares modificados específicamente, conocidos como Simuladores de Aplicaciones de Ocio de Tecnología Avanzada (ATLAS, por sus siglas en inglés), para simular un vuelo a través del espacio exterior.
- Body Wars (actualmente cerrada) era una atracción en el pabellón Wonders of Life de Epcot que utilizaba la misma tecnología que Star Tours para simular un recorrido por el cuerpo humano.
- Ártico salvaje en SeaWorld Orlando y SeaWorld San Diego .
- Soarin' Over California , ubicado en Disney California Adventure , utiliza una pantalla de cúpula IMAX y una simulación de ala delta para ofrecer un vuelo simulado sobre muchos de los lugares más pintorescos de California.
- Nemo & Friends SeaRider es una atracción de simulación en Tokyo DisneySea .
- La atracción Star Trek: The Experience estuvo ubicada en el hotel Las Vegas Hilton entre 1998 y 2008. Su "Encuentro Klingon" culminaba con un simulador de vuelo de última generación con 6 grados de libertad, que incluía imágenes de películas de batallas espaciales.
- Back to the Future: The Ride , una atracción de simulación basada en la saga cinematográfica Regreso al Futuro , se encontraba en Universal Studios Florida , Universal Studios Hollywood y Universal Studios Japan . La atracción utilizaba coches simuladores basados en el DeLorean que daban a una pantalla IMAX de 21 metros de altura. En 2008, fue reemplazada en los parques de Florida y Hollywood por otra atracción de simulación, The Simpsons Ride .
- El Mundo Fantástico de Hanna-Barbera (actualmente cerrado) fue una de las atracciones originales de Universal Studios Florida. La atracción utilizaba vagones simuladores con forma de cohete y una pantalla del tamaño de un cine.
- La atracción Jimmy Neutron's Nicktoon Blast (actualmente cerrada) estaba ubicada en el parque temático Universal Studios Florida, donde antes se encontraba The Funtastic World of Hanna-Barbera. La atracción utilizaba vagones simuladores con forma de cohete y una pantalla del tamaño de un cine.
- El Museo Nacional del Aire y el Espacio en Washington, DC, alberga una galería llena de simuladores de vuelo interactivos de dos plazas que realizan giros de 360 grados en combate aéreo. [ 11 ] [ 12 ]
- Europe in the Air , una atracción con simulador ubicada en Busch Gardens Williamsburg , utiliza una plataforma de movimiento, imágenes de alta definición y efectos de viento para simular un vuelo sobre los iconos más destacados de Europa .
- VRM Suiza y Airbus Helicopters cooperan y homologan, según la normativa EASA, el primer dispositivo de entrenamiento de vuelo en realidad virtual de nivel 3 del mundo para el H125.
- Volcano Express es un simulador de atracciones y una atracción turística que abrió sus puertas en el Harpa Concert Hall de Reikiavik , Islandia , en marzo de 2025. Combina una experiencia cinematográfica con un simulador de atracciones para imitar la sensación de terremotos, el calor de la lava y la sensación de volar. [ 13 ]
- RiseNY es una atracción de simulación en la ciudad de Nueva York que abrió sus puertas al público en Times Square en 2022 [ 14 ] . La atracción ofrece una experiencia de vuelo a través de varios lugares en los cinco distritos de Nueva York. [ 15 ]
Juegos de vídeo
Algunos juegos de simulación de conducción y vuelo permiten el uso de controladores especializados como volantes, pedales o joysticks. Ciertos controladores de juego diseñados en los últimos años incorporan tecnología háptica para proporcionar retroalimentación táctil en tiempo real al usuario mediante vibraciones. Un simulador de movimiento va un paso más allá al ofrecer al jugador retroalimentación táctil de cuerpo completo. Las sillas de juego con movimiento pueden balancearse hacia la izquierda y la derecha, e inclinarse hacia adelante y hacia atrás para simular giros, aceleraciones y desaceleraciones. Las plataformas de movimiento permiten una experiencia de juego más estimulante y potencialmente realista, y posibilitan una mayor correlación física entre la vista y el oído durante el juego.
Cómo la fisiología humana procesa y responde al movimiento.
Fuente: [ 16 ]
La forma en que percibimos nuestro cuerpo y nuestro entorno depende de cómo nuestro cerebro interpreta las señales de nuestros diversos sistemas sensoriales, como la vista, el oído, el equilibrio y el tacto. Unidades sensoriales especiales (o "almohadillas" sensoriales) llamadas receptores transforman los estímulos en señales sensoriales. Los receptores externos (exteroceptores) responden a estímulos que se originan fuera del cuerpo, como la luz que estimula los ojos, la presión sonora que estimula el oído, la presión y la temperatura que estimulan la piel y las sustancias químicas que estimulan la nariz y la boca. Los receptores internos (enteroceptores) responden a estímulos que se originan dentro de los vasos sanguíneos.
La estabilidad postural se mantiene mediante los reflejos vestibulares que actúan sobre el cuello y las extremidades. Estos reflejos, que son clave para una sincronización exitosa del movimiento, están bajo el control de tres clases de información sensorial:
- Los propioceptores son receptores ubicados en músculos, tendones, articulaciones y el intestino, que envían señales al cerebro sobre la posición del cuerpo. Los pilotos de aeronaves a veces se refieren a este tipo de información sensorial como la "sensación del asiento", por ejemplo, el aumento de presión en el cuerpo que se siente en maniobras de loop, dominadas y giros pronunciados.
- El sistema vestibular consta de los órganos izquierdo y derecho del oído interno, cada uno con canales semicirculares y otolitos. Las aceleraciones rotacionales de cabeceo, balanceo y guiñada se perciben mediante el movimiento del líquido en los tres canales semicirculares. Las aceleraciones lineales de cabeceo, balanceo y cabeceo son percibidas por los otolitos, que son cilios sensoriales con una pequeña masa de carbonato de calcio en la parte superior, de modo que se doblan bajo la acción de la aceleración lineal.
- La información visual que llega del ojo transmite al cerebro datos sobre la posición, la velocidad y la altitud de la nave con respecto a los objetos del entorno visual. La tasa de cambio de perspectiva de una escena en movimiento es una señal importante en el mundo real, y el sistema visual de un simulador utiliza gráficos por computadora para modelar dicha escena.
Propioceptores
Fuente: [ 16 ]
Los propioceptores son receptores ubicados en músculos, tendones, articulaciones e intestino, que envían señales al cerebro en proporción a las aceleraciones a las que está sometido el cuerpo. Un ejemplo de propioceptor "popular", mencionado por los pilotos de avión, es la sensación en el asiento. Los propioceptores responden a los estímulos generados por el movimiento y la tensión muscular. Las señales generadas por los exteroceptores y propioceptores son transmitidas por neuronas sensoriales o nervios y se denominan señales electroquímicas. Cuando una neurona recibe dicha señal, la envía a una neurona adyacente a través de un puente llamado sinapsis. Una sinapsis "desencadena" el impulso entre neuronas mediante mecanismos eléctricos y químicos. Estas señales sensoriales son procesadas por el cerebro en respuesta a las señales que viajan a lo largo de los nervios motores. Las neuronas motoras, con sus fibras especializadas, llevan estas señales a los músculos, que reciben la instrucción de contraerse o relajarse.
Todos estos son sensores de aceleración y no responden cuando se alcanza una velocidad constante. A velocidad constante, las señales visuales indican movimiento hasta que se produce otra aceleración y los sensores de movimiento del cuerpo vuelven a enviar señales al cerebro.
En las plataformas de simulación de movimiento, tras producirse una aceleración inicial, la plataforma se restablece a una posición neutra a una velocidad inferior al umbral de percepción humana, de modo que el sujeto no detecta la denominada fase de "desvanecimiento" de la señal de movimiento del simulador. El sistema de movimiento está entonces preparado para realizar la siguiente aceleración, que sí será detectada por el sujeto, al igual que en el mundo real. Esta denominada "señal de inicio de aceleración" es un aspecto importante en los simuladores con plataformas de movimiento y modela la forma en que los humanos perciben el movimiento en el mundo real.
Sistema vestibular
Fuente: [ 16 ]
El sistema vestibular es el sistema de equilibrio del cuerpo que incluye los órganos vestibulares izquierdo y derecho del oído interno. Consta de tres canales semicirculares, o tubos, dispuestos en ángulo recto entre sí. Cada canal está revestido de cilios conectados a terminaciones nerviosas y parcialmente lleno de líquido. Cuando la cabeza experimenta una aceleración, el líquido se desplaza dentro de los canales, provocando que los folículos pilosos cambien de posición. A su vez, las terminaciones nerviosas envían señales al cerebro, que las interpreta como aceleración en los tres ejes de rotación: cabeceo, balanceo o guiñada.
El sistema vestibular genera reflejos para mantener la estabilidad perceptiva y postural. En comparación con los otros sentidos de la vista, el tacto y el oído, la información vestibular es registrada rápidamente por el cerebro, mientras que los cambios visuales, como la perspectiva y el movimiento del horizonte, se producen poco después. [ 17 ] Por lo tanto, en un simulador es esencial que las señales visuales no se perciban antes que las señales de movimiento, ya que puede ocurrir lo contrario de la situación del mundo real, o el llamado "mareo por simulador". [ 18 ] En segundo lugar, si la cabeza experimenta aceleraciones sostenidas del orden de 10 a 20 segundos, los folículos pilosos regresan a la posición "cero" o vertical y el cerebro interpreta esto como el cese de la aceleración. Además, existe un umbral de aceleración inferior de aproximadamente 2 grados por segundo que el cerebro no puede percibir. En otras palabras, el movimiento lento por debajo de este umbral no generará señales vestibulares. Como se explicó en la sección anterior sobre "Propioceptores", esto permite que el movimiento del simulador se "elimine" por debajo del umbral, dejándolo listo para que la plataforma de movimiento produzca la siguiente aceleración, la cual será percibida por el sujeto del simulador.
Entradas visuales
Fuente: [ 16 ]
El ojo humano es una fuente importante de información en la simulación de movimiento cuando se dispone de una imagen de alta resolución, como ocurre durante el día con buena visibilidad. El ojo transmite al cerebro información sobre la posición, la velocidad y la orientación de la aeronave con respecto al suelo. Por lo tanto, para una simulación realista, es fundamental que las señales de la plataforma de movimiento (si está instalada) funcionen en sincronización con la escena visual externa. Como se mencionó anteriormente, en el mundo real, el cerebro procesa las señales de movimiento antes que los cambios visuales, y esto debe respetarse en un simulador, ya que de lo contrario pueden producirse mareos e incluso náuseas, lo que se conoce como "mareo por simulador".
Por ejemplo, si el ocupante ordena al vehículo que gire a la izquierda, las pantallas visuales también deben girar en la misma magnitud y a la misma velocidad. Simultáneamente, la cabina inclina al ocupante para imitar el movimiento. Los propioceptores y el sistema vestibular del ocupante detectan este movimiento. El movimiento y el cambio en las señales visuales deben estar suficientemente sincronizados para que cualquier discrepancia sea imperceptible para el ocupante.
Para que un dispositivo de entrenamiento o entretenimiento sea eficaz, las señales que el cerebro recibe de cada uno de los estímulos sensoriales del cuerpo deben coincidir.
Operaciones del simulador
Con la mayoría de los sistemas existentes, es físicamente imposible simular correctamente el movimiento a gran escala en el espacio limitado disponible en un simulador. El enfoque estándar consiste en simular las señales de aceleración inicial con la mayor precisión posible. [ 19 ]
Movimientos lineales
En principio, la velocidad no puede percibirse directamente solo mediante señales relativas, como las del sistema vestibular. Para dicho sistema, volar en el espacio a una velocidad constante no difiere de estar sentado en una silla. Sin embargo, el cambio de velocidad se percibe como aceleración, o fuerza que actúa sobre el cuerpo humano. En el caso de una aceleración lineal constante, la solución para la situación real es sencilla. Dado que la amplitud de la aceleración no se percibe con precisión, se puede inclinar al sujeto hacia atrás y utilizar el vector de gravedad como sustituto de la fuerza resultante de la gravedad y la aceleración hacia adelante. En este caso, inclinar un simulador hacia atrás y rotar la imagen visual en el mismo ángulo genera en el sujeto una fuerza en la espalda que se percibe como aceleración hacia adelante.
aceleraciones lineales
Fuente: [ 20 ]
Las aceleraciones lineales son detectadas por los otolitos. La estructura del otolito es más simple que los canales semicirculares de tres ejes que detectan las aceleraciones angulares. Los otolitos contienen partículas de carbonato de calcio que se retrasan con respecto al movimiento de la cabeza, desviando las células ciliadas. Estas células transmiten información de movimiento al cerebro y a los músculos oculomotores. Los estudios indican que los otolitos detectan el componente tangencial de las fuerzas aplicadas. Un modelo de función de transferencia entre la fuerza percibiday las fuerzas aplicadasestá dado por:
Según experimentos con centrífugas, se han reportado valores umbral de 0,0011 ft/s² ; estudios aéreos realizados en la URSS han reportado valores de hasta 0,4 ft/s² . Estos mismos estudios sugieren que el umbral no corresponde a una aceleración lineal, sino a un movimiento de sacudida (tercera derivada temporal de la posición), y el valor umbral reportado es del orden de 0,1 ft/s³ . Estos hallazgos están respaldados por estudios previos que demuestran que la cinemática del movimiento humano se representa mediante características de perfiles de sacudida. [ 21 ]
aceleraciones angulares
Fuente: [ 20 ]
Las aceleraciones angulares son detectadas por los canales semicirculares. Los tres canales semicirculares son mutuamente ortogonales (similares a un acelerómetro de tres ejes) y están llenos de un fluido llamado endolinfa. En cada canal, hay una sección cuyo diámetro es mayor que el del resto del canal. Esta sección se llama ampolla y está sellada por una solapa llamada cúpula. Las aceleraciones angulares se detectan de la siguiente manera: una aceleración angular provoca el movimiento del fluido en los canales, desviando la cúpula. Los nervios de la cúpula informan del movimiento tanto al cerebro como a los músculos oculomotores, estabilizando los movimientos oculares. Un modelo de función de transferencia entre el desplazamiento angular percibidoy el desplazamiento angular reales:
Un modelo de segundo orden del ángulo de la cúpulaes dado por
dóndees el coeficiente de amortiguación,es la frecuencia natural de la cúpula, yes la aceleración angular de entrada. Valores deSe ha informado que se encuentran entre 3,6 y 6,7, mientras que los valores deSe ha informado que se encuentran entre 0,75 y 1,9. Por lo tanto, el sistema está sobreamortiguado con raíces reales distintas. La constante de tiempo más corta es de 0,1 segundos, mientras que la constante de tiempo más larga depende del eje alrededor del cual el sujeto de prueba acelera (balanceo, cabeceo o guiñada). Estas constantes de tiempo son de uno a dos órdenes de magnitud mayores que la constante de tiempo más corta.
Los experimentos han demostrado que las aceleraciones angulares por debajo de cierto nivel no pueden ser detectadas por un sujeto de prueba humano. Valores deSe han reportado aceleraciones de cabeceo y alabeo en un simulador de vuelo.
Trascendencia
Los estudios mencionados indican que el sistema vestibular del piloto detecta las aceleraciones antes de que los instrumentos de la aeronave las muestren. Esto puede considerarse un bucle de control interno en el que el piloto responde a las aceleraciones que se producen en simuladores de movimiento completo y en aeronaves reales, pero no en simuladores fijos. Este efecto demuestra que existe una posible transferencia negativa del entrenamiento al pasar de un simulador fijo a una aeronave e indica la necesidad de sistemas de movimiento para un entrenamiento de pilotos con máxima fidelidad.
Es físicamente imposible simular con precisión el movimiento real a gran escala en el espacio limitado de un laboratorio. El método estándar para simular el movimiento (conocido como estimulación del movimiento) consiste en simular, con la mayor fidelidad posible, las señales "relevantes" que desencadenan la percepción del movimiento . Estas señales pueden ser visuales, auditivas o somatosensoriales. Las señales visuales y auditivas permiten a los humanos percibir su ubicación en el espacio a una escala absoluta, mientras que las señales somatosensoriales (principalmente la propiocepción y otras señales del sistema vestibular) solo proporcionan información sobre las aceleraciones.
Por ejemplo, imaginemos viajar en un coche a una velocidad constante arbitraria. En esta situación, la vista y el oído son las únicas señales (sin contar la vibración del motor) que nos indican que el coche se está moviendo; ninguna otra fuerza actúa sobre los pasajeros, salvo la gravedad. Ahora bien, imaginemos el mismo ejemplo de un coche a velocidad constante, pero esta vez con los ojos vendados. Si el conductor pisara el acelerador, el coche aceleraría hacia adelante, presionando a cada pasajero contra su asiento. En esta situación, cada pasajero percibiría el aumento de velocidad al sentir la presión adicional del cojín del asiento.
Implementación mediante filtros de lavado
Los filtros de atenuación son un aspecto importante de la implementación de plataformas de movimiento, ya que permiten que los sistemas de movimiento, con su rango de movimiento limitado, simulen el rango de dinámica del vehículo que se está simulando. Dado que el sistema vestibular humano se recentra automáticamente durante los movimientos estables, los filtros de atenuación se utilizan para suprimir las señales de baja frecuencia innecesarias mientras el simulador regresa a una posición neutral a aceleraciones por debajo del umbral de percepción humana. Por ejemplo, un piloto en un simulador de movimiento puede ejecutar un giro estable y nivelado durante un período prolongado de tiempo, lo que requeriría que el sistema se mantuviera en el ángulo de inclinación asociado, pero un filtro de atenuación permite que el sistema regrese lentamente a una posición de equilibrio a una velocidad por debajo del umbral que el piloto puede detectar. Esto permite que la dinámica de nivel superior del vehículo calculado proporcione señales realistas para la percepción humana, sin salirse de las limitaciones del simulador. [ 22 ] [ 23 ]
Existen tres tipos comunes de filtros de lavado: clásicos, adaptativos y óptimos. El filtro de lavado clásico consta de filtros lineales de paso bajo y paso alto. La señal que entra al filtro se divide en señales de traslación y rotación. Los filtros de paso alto se utilizan para simular aceleraciones transitorias de traslación y rotación, mientras que los filtros de paso bajo se utilizan para simular aceleraciones sostenidas. [ 24 ] El filtro de lavado adaptativo utiliza el esquema del filtro de lavado clásico, pero incorpora un mecanismo de autoajuste que no está presente en este último. Finalmente, el filtro de lavado óptimo tiene en cuenta modelos del sistema vestibular. [ 23 ]
Representación de control clásica
El filtro de atenuación clásico es simplemente una combinación de filtros de paso alto y paso bajo ; por lo tanto, su implementación es relativamente sencilla. Sin embargo, los parámetros de estos filtros deben determinarse empíricamente. Las entradas del filtro de atenuación clásico son las fuerzas específicas del vehículo y la velocidad angular. Ambas entradas se expresan en el sistema de referencia fijo a la carrocería del vehículo. Dado que la fuerza de baja frecuencia es dominante en el movimiento de la base, se aplica un filtro de paso alto, lo que produce las traslaciones del simulador. Se realiza una operación muy similar para la velocidad angular.
Para identificar la inclinación de la plataforma de movimiento, el mecanismo de inclinación primero proporciona el componente de fuerza de baja frecuencia para el cálculo de la rotación. Luego, el componente de alta frecuencia 'f' se utiliza para orientar el vector de gravedad 'g' de la plataforma del simulador:
Normalmente, para encontrar la posición, el filtro de paso bajo (en un entorno de tiempo continuo) se representa en el dominio s con la siguiente función de transferencia :
Las entradas al filtro de paso alto se calculan entonces según la siguiente ecuación:
dóndeson las entradas de fuerza. El filtro de paso alto puede representarse entonces según (por ejemplo) la siguiente serie:
Los dos integradores de esta serie representan la integración de la aceleración en la velocidad y de la velocidad en la posición, respectivamente. , yrepresentan los parámetros del filtro. Es evidente que la salida del filtro se anulará en estado estacionario, preservando la ubicación de los puntos de equilibrio en lazo abierto. Esto significa que, si bien las entradas transitorias se "transmitirán", las entradas en estado estacionario no lo harán, cumpliendo así los requisitos del filtro. [ 25 ]
La práctica actual para determinar empíricamente los parámetros del filtro de lavado consiste en un proceso de ajuste subjetivo por ensayo y error, en el que un piloto de evaluación experto realiza maniobras predeterminadas. Tras cada vuelo, la impresión del piloto sobre el movimiento se comunica a un experto en filtros de lavado, quien ajusta los coeficientes del filtro para intentar satisfacer al piloto. Los investigadores también han propuesto utilizar un paradigma de ajuste y su captura mediante un sistema experto. [ 26 ]
filtro de lavado no lineal
Este filtro de lavado puede considerarse el resultado de una combinación de un filtro de lavado adaptativo y uno óptimo. Se busca un enfoque no lineal para maximizar aún más las señales de movimiento disponibles dentro de las limitaciones de hardware del sistema de movimiento, lo que resulta en una experiencia más realista. Por ejemplo, el algoritmo descrito por Daniel y Augusto calcula una ganancia, α, en función de los estados del sistema; por lo tanto, el lavado varía con el tiempo. La ganancia 'α' aumentará a medida que aumente la magnitud de los estados de la plataforma, lo que permite una acción de control más rápida para que la plataforma regrese rápidamente a su posición original. El resultado opuesto ocurre cuando la magnitud de los estados de la plataforma es pequeña o decreciente, lo que prolonga las señales de movimiento, que se mantendrán durante períodos más largos. [ 27 ]
Asimismo, el trabajo de Telban y Cardullo añadió un modelo de percepción integrado que incluye tanto la sensación visual como la vestibular para optimizar la percepción del movimiento en el ser humano. Se ha demostrado que este modelo mejora las respuestas de los pilotos a las señales de movimiento. [ 28 ]
Filtro de lavado adaptativo
Este enfoque adaptativo fue desarrollado en el Centro de Investigación Langley de la NASA. Consiste en una combinación de filtros determinados empíricamente, donde varios coeficientes varían de forma predefinida para minimizar una función objetivo (de coste) establecida. En un estudio realizado en la Universidad de Toronto, el filtro adaptativo coordinado proporcionó las calificaciones de piloto más favorables en comparación con los otros dos tipos de filtros de lavado. Las ventajas de este tipo de filtro de lavado se pueden resumir en dos puntos principales. Primero, las características adaptativas proporcionan señales de movimiento más realistas cuando el simulador está cerca de su posición neutra, y el movimiento solo se reduce en los límites de las capacidades del sistema de movimiento, lo que permite un mejor uso de dichas capacidades. Segundo, la función de coste o la función objetivo (mediante la cual se optimiza el filtro de lavado) es muy flexible y se pueden añadir diversos términos para incorporar modelos de mayor fidelidad. Esto permite un sistema expandible capaz de cambiar con el tiempo, lo que resulta en un sistema que responde de la manera más precisa durante todo el vuelo simulado. Las desventajas son que el comportamiento es difícil de ajustar, principalmente debido a los canales de alimentación cruzada. Finalmente, el tiempo de ejecución es relativamente alto debido a la gran cantidad de llamadas a funciones derivadas necesarias. Además, a medida que se introducen funciones de costo más complejas, el tiempo de cálculo requerido aumentará. [ 29 ]
Limitaciones
Si bien los filtros de lavado ofrecen una gran utilidad al permitir la simulación de una gama más amplia de condiciones que las capacidades físicas de una plataforma de movimiento, su rendimiento y practicidad en aplicaciones de simulación presentan limitaciones. Estos filtros aprovechan las limitaciones de la percepción humana para simular un entorno de simulación más amplio del que existe en realidad. Por ejemplo, un piloto en un simulador de movimiento puede realizar un giro nivelado y constante durante un período prolongado, lo que requeriría que el sistema mantuviera el ángulo de inclinación correspondiente. En esta situación, un filtro de lavado permite que el sistema regrese lentamente a una posición de equilibrio a una velocidad inferior al umbral de detección del piloto. La ventaja es que el sistema de movimiento dispone ahora de un mayor rango de movimiento para cuando el piloto ejecute su siguiente maniobra.
Este comportamiento se aplica fácilmente en el contexto de la simulación de aeronaves con maniobras muy predecibles y graduales (como las de aviones comerciales o de transporte de gran tamaño). Sin embargo, esta dinámica lenta y suave no se da en todos los entornos de simulación prácticos y reduce la eficacia de los filtros de lavado y del sistema de movimiento. Tomemos como ejemplo el entrenamiento de pilotos de caza: si bien el régimen de crucero estable de un avión de combate puede simularse con precisión dentro de estas limitaciones, en situaciones de combate aéreo las maniobras de vuelo se ejecutan con gran rapidez, llegando a límites físicos extremos. En estos escenarios, no hay tiempo para que un filtro de lavado reaccione y devuelva el sistema de movimiento a su equilibrio, lo que provoca que este alcance rápidamente sus límites de movimiento y deje de simular con precisión la dinámica. Por este motivo, los sistemas basados en movimiento y filtros de lavado suelen reservarse para aquellos que experimentan un rango limitado de condiciones de vuelo.
Los propios filtros también pueden introducir señales falsas, definidas como: 1) una señal de movimiento en el simulador que va en la dirección opuesta a la de la aeronave, 2) una señal de movimiento en el simulador cuando no se esperaba ninguna en la aeronave, y 3) una distorsión de frecuencia relativamente alta de una señal sostenida en el simulador para una señal sostenida esperada en la aeronave. La definición anterior agrupa todos los errores de señalización que conducen a disminuciones muy grandes en la fidelidad del movimiento percibido. [ 26 ] Seis posibles fuentes de señales falsas son:
- Limitación por software o hardware: Cuando el simulador se aproxima a un límite de desplazamiento, se ofrecen dos métodos de protección: 1) limitación por software y 2) limitación por hardware. En ambos casos, el simulador se desacelera para evitar daños al sistema de movimiento. Esta desaceleración suele ir acompañada de grandes señales falsas.
- Retorno a la posición neutral: Esta señal errónea se atribuye al sobreimpulso de los filtros paso alto ante entradas escalonadas. Este tipo de respuesta solo se produce si se utilizan filtros paso alto de segundo o tercer orden.
- Inclinación G
- Velocidad angular de coordinación de inclinación
- Remanente de la coordinación de inclinación: Ante una entrada de fuerza específica sostenida en balanceo o cabeceo, el simulador alcanzará un ángulo de cabeceo o balanceo estable debido a la coordinación de inclinación. Si la entrada finaliza abruptamente, la respuesta de fuerza específica de paso alto cancelará inicialmente la fuerza específica asociada a la inclinación, pero solo durante un breve instante antes de que el desplazamiento restringido del simulador impida su aceleración traslacional. Si la inclinación se elimina rápidamente, se producirá una falsa señal de velocidad angular de coordinación de inclinación; de lo contrario, la inclinación restante creará una sensación de aceleración, denominada falsa señal residual de coordinación de inclinación.
- Aceleración angular de la coordinación de inclinación: Esta falsa señal se produce por la aceleración angular generada por la coordinación de inclinación alrededor de un punto distinto a la cabeza del piloto. La aceleración angular, combinada con el brazo de palanca desde el centro de rotación hasta la cabeza del piloto, da como resultado una falsa señal de fuerza específica en la cabeza del piloto. El punto alrededor del cual se simulan las rotaciones angulares (el llamado punto de referencia) suele estar en el centroide del bastidor del bloque de soporte superior para sistemas de movimiento hexápodos.
Impacto
Impacto del movimiento en la simulación y los videojuegos
El uso del movimiento físico aplicado en simuladores de vuelo ha sido un tema de debate e investigación. El departamento de ingeniería de la Universidad de Victoria realizó una serie de pruebas en la década de 1980 para cuantificar las percepciones de los pilotos de aerolíneas en la simulación de vuelo y el impacto del movimiento en el entorno de simulación. Finalmente, se encontró que había un efecto positivo definitivo en cómo los pilotos percibían el entorno de simulación cuando había movimiento presente, y hubo un rechazo casi unánime hacia el entorno de simulación que carecía de movimiento. [ 30 ] Una conclusión que se puede extraer de los hallazgos del estudio de Respuesta de Pilotos de Aerolíneas es que el realismo de la simulación está directamente relacionado con la precisión de la simulación en el piloto. Cuando se aplica a los videojuegos y se evalúa dentro de las experiencias de juego, el realismo puede relacionarse directamente con el disfrute de un juego por parte del jugador. En otras palabras, los juegos habilitados para el movimiento son más realistas, por lo tanto más iterativos y más estimulantes. Sin embargo, el uso del movimiento en la simulación tiene efectos adversos que pueden desvirtuar el propósito principal de su uso, como el mareo por movimiento . Por ejemplo, se han reportado casos de pilotos militares que desequilibran su sistema vestibular debido al movimiento de la cabeza en el simulador, similar al que realizarían en un avión real para mantener la sensibilidad a las aceleraciones. No obstante, debido a las limitaciones de la aceleración del simulador, este efecto resulta perjudicial al regresar a un avión real. [ 2 ] [ 16 ]
Efectos adversos (mareo por simulador)
Mareo por movimiento o de simulador : Los simuladores funcionan "engañando" a la mente para que crea que las señales que recibe de los sistemas visual, vestibular y propioceptivo corresponden a un tipo específico de movimiento deseado. Cuando alguna de las señales que recibe el cerebro no se correlaciona con las demás, puede producirse mareo por movimiento. En principio, el mareo por simulador es simplemente una forma de mareo por movimiento que puede resultar de discrepancias entre las señales de las tres fuentes físicas de entrada. Por ejemplo, viajar en un barco sin ventanas envía una señal del sistema vestibular indicando que el cuerpo está acelerando y girando en varias direcciones, pero el sistema visual no percibe movimiento, ya que la habitación se mueve de la misma manera que el ocupante. En esta situación, muchas personas sentirían mareo por movimiento.
Además del mareo por simulador, se han observado otros síntomas tras la exposición a la simulación de movimiento. Estos síntomas incluyen sensación de calor, palidez y sudoración, depresión y apatía, dolor de cabeza y sensación de pesadez en la cabeza, somnolencia y fatiga, dificultad para enfocar la vista, fatiga visual, visión borrosa, eructos, dificultad para concentrarse y recuerdos intrusivos. Se observó que los efectos persistentes de estos síntomas a veces duraban hasta uno o dos días después de la exposición al simulador de movimiento.
Factores que contribuyen al mareo por simulador
Varios factores contribuyen al mareo por simulación, que se pueden clasificar en variables humanas, uso del simulador y equipo. Los factores humanos comunes incluyen la susceptibilidad, las horas de vuelo, la condición física y la medicación/drogas. La variabilidad individual en la susceptibilidad al mareo por movimiento es un factor determinante en el mareo por simulación. El aumento de las horas de vuelo también es un problema para los pilotos, ya que se acostumbran más al movimiento real en un vehículo. Los factores que contribuyen debido al uso del simulador son la adaptación, el contenido de la escena distorsionado o complicado, la mayor duración de la simulación y la congelación/reinicio. La congelación/reinicio se refiere a los puntos de inicio o finalización de una simulación, que deben estar lo más cerca posible de condiciones estables y niveladas. Claramente, si una simulación termina en medio de una maniobra extrema, es probable que el sistema IMU del sujeto de prueba se distorsione. Los factores del equipo del simulador que contribuyen al mareo por movimiento son la calidad del sistema de movimiento, la calidad del sistema visual, la visión fuera del eje, la óptica mal alineada, el parpadeo y el retraso/desajuste entre los sistemas visual y de movimiento. El problema del retardo/desajuste ha sido históricamente una preocupación en la tecnología de simuladores, donde el desfase temporal entre la entrada del piloto y los sistemas visuales y de movimiento puede causar confusión y, en general, disminuir el rendimiento del simulador.
Mejora del rendimiento gracias a los simuladores de movimiento.
Las plataformas de movimiento solo pueden reproducir la sensación de movimiento real en la aceleración inicial. No pueden mantenerla debido a las limitaciones físicas de su tamaño. Sin embargo, los sensores de movimiento del cuerpo humano responden a las aceleraciones, no al movimiento sostenido, por lo que una plataforma de movimiento puede generar señales de movimiento. Los sensores de movimiento humanos consisten en el oído interno (el aparato vestibular), con tres canales semicirculares para detectar rotaciones, y los órganos otolíticos para detectar aceleraciones lineales. Las plataformas de movimiento hexápodas se utilizan en simuladores de vuelo completos, que se emplean para el entrenamiento de pilotos en la aviación civil mundial, bajo las normas de la Organización de Aviación Civil Internacional (OACI) y las autoridades regionales de aviación civil, como la EASA en Europa y la FAA en Estados Unidos.
Ventajas y desventajas de la simulación en la formación
Ventajas
- Los simuladores proporcionan un medio seguro para entrenarse en el manejo de aeronaves potencialmente peligrosas (por ejemplo, aviones).
- El coste de la formación con equipos reales a veces puede superar el coste de un simulador.
- El tiempo entre sesiones de entrenamiento puede reducirse, ya que puede ser tan sencillo como restablecer el sistema de movimiento a las condiciones iniciales.
Desventajas
- Es posible que el entorno real no se reproduzca de forma idéntica; por lo tanto, el piloto/conductor puede sentirse confundido por la falta de las sensaciones esperadas o no estar debidamente preparado para el entorno real.
- Alinear todas las entradas de los sensores para eliminar o al menos mitigar el riesgo de "mareo por simulador" puede ser un desafío. [ 31 ]
- La edad del participante, así como la cantidad de experiencia en el entorno real, modifican las reacciones al entorno simulado. [ 31 ]
Véase también
Referencias
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