A la caza del pez león con un robot submarino
Por Marytere Narváez
Mérida, Yucatán. 21 de julio de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- La Unidad de Energía Renovable (UER) y la Unidad de Ciencias del Agua (UCIA) del Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY) colaboran en el diseño, construcción e implementación de un vehículo autónomo submarino enfocado en la identificación y monitoreo del pez león, especie invasora conocida como el “nuevo pirata del Caribe”.
Adán Caballero Vázquez, investigador de la Unidad de Ciencias del Agua del CICY, se ha dedicado en los últimos años al estudio y la caracterización de la problemática de la invasión del pez león (Pterois antennata), buscando estrategias de control y manejo. Para esto, mantiene un monitoreo de la presencia del pez león en el Caribe mexicano —en diferentes sitios de Quintana Roo— para entender su proceso de establecimiento y, con la información obtenida a lo largo de estos años, generar mapas de riesgo de la especie para el Caribe mexicano.
En entrevista para la Agencia Informativa Conacyt, Adán Caballero describió que en el gran Caribe (incluyendo el Caribe mexicano), el pez león se localiza sobre todo en zonas arrecifales, a profundidades que oscilan entre los cero a los 300 metros.
“Los organismos más pequeños generalmente se localizan en zonas someras entre los cero y 10 metros, y las especies de tallas mayores se localizan en un perfil de profundidad de los 10 metros y hasta la profundidad de mayor registro actual que es de 300 metros”, apuntó.
Dr. Víctor Ramírez Rivera.Ante la necesidad de conocer la problemática de la invasión del pez león en zonas profundas, el investigador inició una colaboración con el doctor Víctor Manuel Ramírez Rivera, investigador de la Unidad de Energía Renovable del CICY, con el objetivo de diseñar y construir un vehículo robótico para monitorear el pez león a profundidades en donde no se puede llegar mediante buceo autónomo.
La iniciativa derivó en el proyecto Diseño, construcción e implementación de un vehículo submarino autónomo alimentado por energías renovables, para la localización, cuantificación y monitoreo del pez león, especie invasora en el Caribe mexicano que obtuvo el financiamiento de Proyectos de Desarrollo Científico para Atender Problemas Nacionales del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) con un monto de alrededor de cuatro millones de pesos.
“Con el diseño del modelo robótico no solo se podrá caracterizar la invasión del pez león sino se podrá también obtener información de los peces arrecifales en las diferentes zonas de estudio, caracterizar la complejidad del hábitat y tomar una serie de parámetros físicos y químicos de la zona de relevancia para entender la problemática de invasión en zonas profundas y poder tener herramientas de control y manejo mejor dirigidas”, señaló Adán Caballero Vázquez.
Robot submarino de larga duración
En entrevista, el doctor Víctor Ramírez Rivera, investigador de la Unidad de Energía Renovable del CICY, señaló que el gran problema que se presenta en los vehículos autónomos submarinos (AUV, por sus siglas en inglés) es el suministro de energía, ya que usualmente solo pueden estar debajo del agua durante alrededor de una hora, tras lo que deben regresar a la superficie para recargarse.
Esto no solo representa un mayor gasto económico y energético sino que implica también la emisión de contaminantes de las lanchas utilizadas para este tipo de labores. “Lo que proponemos es que el robot regrese a una estación marina que cuente con una tecnología híbrida que permita recargar al vehículo durante sus exploraciones”, indicó.
Con este objetivo, se tomó como punto de partida que el robot submarino pudiera realizar exploraciones por periodos mayores a seis horas. “Así cubrimos una superficie lo suficientemente grande para hacer el mapeo de esta especie invasora que está afectando el mar Caribe”.
El robot submarino, construido con una estructura de material plástico, puede descender hasta 100 metros de profundidad en la fase actual del proyecto, por lo que permite monitorear esta zona de exploración y evitar comprometer vidas humanas.
Estación marina con tecnología híbrida
El sistema híbrido de la estación marina está constituido por tres tecnologías renovables que se encargan de almacenar energía para su funcionamiento: paneles fotovoltaicos tradicionales de silicio, concentradores solares y un generador tidal (de marea).
Proyecto robot submarino.Durante el día, los paneles fotovoltaicos son los encargados de captar energía para el suministro del sistema, mientras que por la noche el generador tidal se encarga de aprovechar la energía de las corrientes marinas.
“El submarino tiene que estar acoplado a la estación durante la noche porque sin luz no podemos hacer el monitoreo. Durante esos periodos se tiene que recargar energía tanto para la estación como para el submarino”, indicó Víctor Ramírez.
La movilidad de la estación permite localizar los sitios de mayor incidencia de rayos solares mediante un seguidor solar instalado para operar de manera autónoma. Además, durante la noche puede realizar trayectos de una zona a otra de acuerdo con los focos localizados de exploración.
Los concentradores solares parten de una iniciativa desarrollada en conjunto con el Centro de Investigaciones en Óptica (CIO), centro público de investigación del Conacyt.
Visión artificial para monitoreo de pez león
El CICY trabaja en el desarrollo de algoritmos de visión artificial para localizar al pez león y cuantificar su presencia en el Caribe mexicano, en colaboración con la Universidad de Lorraine de Francia. Para realizar este trabajo en tiempo real, el robot submarino tiene integrada una microcomputadora que se desarrolla en colaboración con la Universidad de Lisboa, Portugal.
Proyecto robot submarino.Aunque existen algoritmos en código abierto que ya se han generado para la localización de objetos, colores, formas y figuras geométricas, entre otros, identificar especies marinas todavía resulta complicado, expresó Víctor Ramírez Rivera.
De acuerdo con Adán Caballero Vázquez, la mayoría de los peces escorpiones (que incluyen al pez león) adoptan una coloración a manera de camuflaje similar al lecho marino. Cuando son juveniles, los peces león viven en pequeños grupos, pero al llegar a adultos generalmente se mueven solos.
“El pez león tiene una gran variedad de colores y, al estar nadando en el mar, los colores del pez león y los arrecifes son casi idénticos, entonces es difícil identificar dónde está el pez león en esas zonas”, apuntó Víctor Ramírez.
Para realizar la identificación se basan en dos características principales: vectores en movimiento, debido a que se observan colores que no están fijos; y la técnica de sustracción de fondo, mediante la que se puede hacer la caracterización de las especies en movimiento.
“También hay especies con colores idénticos, por lo que hay que hacer la separación de especies y cuantificarlas, que es otro de los objetivos que buscamos”, indicó Víctor Ramírez Rivera.
Localización del vehículo autónomo
La localización del robot submarino representa aún un reto por superar, pues aunque el Sistema de Posicionamiento Global (GPS, por sus siglas en inglés) permite localizar fácilmente vehículos terrestres autónomos, la dificultad aumenta cuando se encuentran bajo el mar.
“El problema de hacer geolocalización de un submarino es que el GPS no llega porque las ondas se difuminan en el agua. Tiene que haber un sistema intermedio y para esto nos ayuda la estación, no solo para generación de energía sino para la localización del vehículo marino”, apuntó Víctor Ramírez.
Desarrollo de prototipos y pruebas en campo
El proyecto se encuentra en 30 por ciento de avance de acuerdo con Víctor Ramírez Rivera. Actualmente, los investigadores cuentan con un prototipo del robot submarino físico y un prototipo en construcción de la estación, además de que se ha realizado un número considerable de simulaciones que han resultado exitosas.
“Lo que sigue por el momento es terminar de construir los dos prototipos y empezar a probarlos en condiciones controladas en aguas dulces. Aunque ahí no vamos a ver el desgaste de los materiales, sí vamos a probar la dinámica autónoma de los proyectos y la comunicación entre sistemas”, describió.
Hasta el momento, el investigador prevé que realizarán la localización mediante una cámara integrada al vehículo submarino, y en la fase final se realizarán las pruebas directamente en el mar Caribe. “Este proyecto es en particular para el mar Caribe, aunque en un futuro yo le veo muchas aplicaciones, no solo para identificación de especies marinas”, señaló.
Colaboración interinstitucional y multidisciplinaria
Con un enfoque multidisciplinario, el proyecto integra conocimientos de biología y ecología marina, visión artificial, localización, control, seguimiento de trayectorias conforme a las perturbaciones naturales del medio, energías renovables y robótica submarina, entre otras disciplinas científicas, además de permitir la participación activa de estudiantes de los posgrados del CICY, lo que motiva la formación de recursos humanos de alto nivel en la región.
La implementación del modelo robótico ha unido esfuerzos entre investigadores de dos unidades del CICY (Unidad de Ciencias del Agua y la Unidad de Energía Renovable) en una propuesta innovadora de colaboración interinstitucional que, mediante la utilización de energías renovables, tiene el propósito de resolver un problema ecológico cuyo alcance aún no ha sido determinado en su real efecto.
“Tenemos mucho interés en que los resultados del proyecto y de la investigación de estudiantes proporcionen herramientas efectivas y sustentables para un mejor control y manejo del pez león en la zona”, indicó Adán Caballero Vázquez.
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