Controlando nanosatélites con lógica difusa

Si alguna vez has visto un CubeSat —esos pequeños cubos de apenas 10 centímetros por lado que orbitan la Tierra— tal vez te sorprenda saber que en su interior ocurre algo tan complejo como en un satélite de varias toneladas. Pese a su tamaño diminuto, un CubeSat debe mantener su orientación, apuntar sus cámaras o antenas y resistir los cambios bruscos del espacio.

¿Pero cómo puede lograrlo con tan pocos recursos?

Un grupo de investigadores del Instituto Politécnico Nacional (IPN) encontró una respuesta elegante: combinar la lógica difusa, una forma de razonamiento inspirada en el pensamiento humano, con hardware digital reconfigurable. En pocas palabras, crearon un cerebro electrónico capaz de tomar decisiones inteligentes directamente desde el hardware del satélite.

¿Qué es la lógica difusa?

En la vida diaria, pocas cosas son completamente blancas o negras. Decimos que algo está “un poco caliente” o “muy frío”, “ligeramente desviado” o “casi centrado”. La lógica difusa (fuzzy logic) imita esa forma humana de razonar, permitiendo que las computadoras trabajen con grados de verdad en lugar de decisiones absolutas.

Este enfoque resulta ideal para un satélite, donde las condiciones cambian constantemente. En lugar de depender de reglas rígidas, un sistema basado en lógica difusa puede adaptarse, por ejemplo, si el CubeSat se desvía un poco de su orientación o si una ráfaga solar altera sus sensores.

Verilog y hardware

A diferencia de la mayoría de los sistemas de control que funcionan con programas almacenados en un microprocesador, este diseño fue implementado directamente en hardware, utilizando un FPGA (Field Programmable Gate Array). Los FPGA son chips que pueden reconfigurarse después de fabricados, lo que los convierte en herramientas poderosas para aplicaciones espaciales: son rápidos, eficientes y confiables frente a las radiaciones del espacio.

El sistema fue desarrollado en Verilog, un lenguaje de descripción de hardware que permite “programar” puertas lógicas, comparadores y módulos que trabajan en paralelo. De esta forma, las decisiones del control difuso no dependen de un software tradicional, sino de circuitos físicos que operan en tiempo real.

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El corazón del proyecto es un sistema de inferencia difusa basado en funciones de membresía trapezoidales. Estas funciones permiten representar conceptos graduales como “poco desviado” o “muy inclinado”. Cuando el satélite mide su orientación (en los ejes de pitch, roll y yaw), los valores son traducidos a estos términos difusos.

Luego, un conjunto de reglas del tipo “Si el satélite está ligeramente inclinado, aplica una corrección suave” determina la acción más adecuada. Finalmente, el resultado vuelve a convertirse en un valor numérico —una señal de control— que ajusta los actuadores para estabilizar el CubeSat.

Un paso hacia satélites más autónomos

El diseño lógico del sistema fue validado mediante simulaciones en Vivado, un entorno especializado para circuitos digitales.

Los resultados demostraron que el enfoque difuso permite un control estable, rápido y adaptable sin necesidad de grandes procesadores. Esto abre la puerta a una nueva generación de nanosatélites autónomos, capaces de tomar decisiones por sí mismos ante imprevistos, desde fallas en los sensores hasta perturbaciones orbitales.

Además, la implementación en FPGA reduce el consumo de energía y el peso del sistema, dos factores críticos en el diseño de cualquier misión espacial.

¿Por qué importa?

El espacio ya no es territorio exclusivo de las grandes agencias. Gracias a proyectos como este, las universidades mexicanas están desarrollando tecnología de clase mundial, capaz de competir y colaborar con iniciativas internacionales.

La unión entre ingeniería electrónica, inteligencia artificial y tecnología espacial está creando un nuevo paradigma: satélites pequeños, inteligentes y reconfigurables, que piensan por sí mismos mientras orbitan la Tierra.

Créditos

Redacción y adaptación del texto de divulgación:

Paloma Alonso, a partir del artículo:

C. A. López-Balcázar, J. Hernández, F. Ramírez-López y G. G. García-Balcázar, “Verilog-based logical design of CubeSat ACS based in fuzzy inference systems focused on trapezoidal membership functions”, publicado en el Journal of Physics: Conference Series (2025).

DOI: 10.1088/1742-6596/2946/1/012004