Nuevo laboratorio de sistemas autónomos ligeros en CICATA Querétaro

Por Israel Pérez Valencia

Santiago de Querétaro, Querétaro. 3 de noviembre de 2017 (Agencia Informativa Conacyt).- El Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), unidad Querétaro, abrió las puertas del Laboratorio de Sistemas Autónomos Ligeros “Raúl Rojas González”, escenario para el diseño y fabricación de piezas y prototipos para vehículos y aeronaves no tripuladas, también conocidas como drones. 

El profesor investigador especialista en visión por computadora y reconocimiento de patrones del CICATA, unidad Querétaro, Joaquín Salas Rodríguez, explicó que para la construcción de este laboratorio se contó con el apoyo del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) a través de su convocatoria de Apoyo al Fortalecimiento y Desarrollo de la Infraestructura Científica y Tecnológica, y del Congreso Federal, que otorgó en 2016 un presupuesto al IPN para el desarrollo tecnológico del instituto. 

“En este laboratorio buscamos generar una comunidad de desarrolladores, que puedan utilizar esta infraestructura para hacer sus prototipos, y cuando los tengan terminados, los lleven con algún proveedor grande para su producción. Nosotros los capacitamos en el manejo de las máquinas para que puedan usarlas y convertir sus diseños en prototipos. Hemos encontrado este modelo compatible con la misión del Instituto Politécnico Nacional de proporcionar servicios educativos al tiempo que promovemos una comunidad de hacedores”, apuntó.

Dr. Joaquín Salas Rodríguez.Salas Rodríguez abundó que el Laboratorio de Sistemas Autónomos Ligeros tiene por nombre Raúl Rojas González en reconocimiento a este investigador, egresado del IPN, quien se ha especializado en el desarrollo de vehículos autónomos en la Universidad Libre de Berlín, Alemania.

“El doctor Rojas González lleva alrededor de 35 años en la Universidad Libre de Berlín y trabaja con vehículos autónomos de escala real. En el contexto del Año Dual Alemania-México, consiguió que uno de los eventos fuera un intercambio tecnológico, donde donaron 40 de estos vehículos a universidades y centros de investigación, entre ellos el nuestro”, recordó.

Respecto a la infraestructura de este nuevo laboratorio, el investigador destacó que uno de los objetivos fue el que el instituto pudiera ser autosuficiente en el diseño y fabricación de piezas para los vehículos y aeronaves autónomas, a las que se les incorporan tecnologías para la detección de obstáculos, algoritmos de evasión, por lo que se pensó en equipar este escenario con diferentes máquinas de impresión 3D, routers de control numérico computarizado (CNC) y máquinas de corte láser, entre otras.

“Nos dimos cuenta que cuando requeríamos imprimir piezas para los vehículos autónomos teníamos que solicitar servicios externos. Con el apoyo del Conacyt, adquirimos una impresora 3D, que permite convertir un diseño digital en algo físico; un router de control numérico computarizado para grabado y corte en piezas de acrílico, maderas y algunas aleaciones de aluminio (Al), además de una máquina para hacer corte mediante láser y una devanadora que nos permite fabricar tubos de fibras de carbono (C) para las estructuras de las aeronaves, lo que es importante porque no hay proveedores en México”, detalló.

Salas Rodríguez sostuvo que en una segunda etapa, se tiene contemplado adquirir una máquina para el grabado de circuitos electrónicos, por la importancia que tiene en los drones, así como otra para hacer corte de espumas poliméricas, como el poliestireno expandido (EPS, por sus siglas en inglés), material que se utiliza para el diseño de alas y fuselajes de drones.

Líneas de investigación para caracterizar los bosques

Las líneas de investigación en el Laboratorio de Sistemas Autónomos Ligeros están enfocadas en la caracterización de los bosques como entidades complejas, con el objetivo de entenderlas y preservarlas; el estudio de los animales con propósitos de conservación, y otras aplicaciones que tienen que ver con la sustentabilidad.

Al respecto, el estudiante de la maestría en tecnología avanzada en el CICATA Querétaro, Dagoberto Pulido Arias, desarrolla un proyecto con el objetivo de cuantificar el carbono que está presente en parcelas forestales del ejido de San Nicolás Totolapan, en la delegación Magdalena Contreras de la Ciudad de México, considerado una reserva de árboles, que comprende alrededor de mil 850 hectáreas de bosque y que además tiene el único río vivo que queda en la capital de la república.

“Mi proyecto consiste en cuantificar el carbono presente en árboles y contar cuántos tiene una parcela a través de fotografías aéreas. Para ello utilizamos una cámara multiespectral montada en un dron. Posteriormente, las fotografías son procesadas y se obtienen imágenes conocidas como de Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI, por sus siglas en inglés), que se pueden utilizar para la diferenciación de árboles o plantas, porque está relacionada con un tipo de luz que refleja la clorofila”, explicó.

Las imágenes obtenidas se utilizan para entrenar estructuras de datos que se conocen como redes neuronales, que tienen como propósito localizar esos árboles a partir de los ejemplos que le fueron integrados.

“Para ello tuve que desarrollar un programa que genera imágenes sintéticas, ya que resulta bastante complejo salir, tomar fotografías aéreas de árboles, después clasificarlas a mano y poner las coordenadas en las que está cada uno. Las cámaras que utilizamos pesan alrededor de 108 gramos, tienen un sensor que se proyecta hacia el sol, lo que permite calibrar las condiciones de iluminación para que la cámara contemple ese factor a la hora de captar las imágenes”, puntualizó.

Ya que se identifica dónde están los árboles y habiendo recuperado la estructura tridimensional del escenario, el programa permitirá inferir en aspectos relacionados con la estructura de los árboles y hacer una relación entre sus tipos, la estructura y el contenido de carbono presente, no solo en la estructura visible sino también en las raíces, por una inferencia entre el tipo de árbol, y su tamaño.

“Nosotros hacemos la adaptación de las cámaras a los drones que tenemos y en ocasiones tenemos que fabricar piezas o monturas para prevenir que, en caso de un choque o colisión del dron, no se dañe el equipo, esa fue una de las motivaciones para proponer este Laboratorio de Sistemas Autónomos Ligeros, aunque nosotros nos enfocamos más en el software, algoritmos y el análisis de información posterior”, indicó.

Othón González Chávez.Otra de las líneas de investigación desarrollada en el Laboratorio de Sistemas Autónomos Ligeros “Raúl Rojas González” del CICATA Querétaro tiene el objetivo de aprovechar las termales presentes en el medio ambiente para prolongar el tiempo de vuelo de los drones, a cargo del estudiante del doctorado en tecnología avanzada, Othón González Chávez.

“En el desarrollo de este proyecto se buscan pistas visuales, una muy importante es el suelo, es decir, qué tan rápido se calienta y la cantidad de humedad. Al respecto, estamos buscando indicadores de la calidad del suelo, su retención de agua, la textura para drenar la humedad y retener nutrientes. Este estudio también nos puede dar a conocer otros aspectos como la erosión, los tiempos convenientes para sembrar, así como la conservación de este recurso de forma sustentable”, aseguró.

González Chávez detalló que este proyecto surge ante la necesidad de estudiar grandes extensiones de bosque de manera automatizada, aprovechando el programa diseñado por el estudiante Dagoberto Pulido Arias.

“Existen unas corrientes convectivas llamadas termales, que las aves usan para mantenerse en vuelo sin la necesidad de aletear. Nosotros queremos emular esto en una plataforma aérea, nos dimos a la tarea de investigar los factores que las provocan y algo que resaltó es la temperatura del suelo; utilizamos las cámaras multiespectrales y otra cámara térmica para conocer su temperatura. La idea es detectar, de manera remota, los lugares generadores de estas corrientes para aprovecharlas”, puntualizó.

Indicó que las pruebas se están realizando, de manera inicial, en un campo de vuelo al norte de la ciudad de Querétaro, el área natural Las Fuentes, en Guanajuato, el Instituto Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias (INIFAP), además de que los investigadores se encuentran en pláticas para llevar esta investigación a la delegación Magdalena Contreras, de la Ciudad de México.

Apoyo a Protección Civil ante deslaves y sismos

En ese sentido, el investigador especialista en visión por computadora y reconocimiento de patrones del CICATA, unidad Querétaro, Joaquín Salas Rodríguez, resaltó el trabajo colaborativo que este grupo de investigadores ha llevado a cabo con las autoridades de Protección Civil de esa delegación capitalina.

“Usamos nuestros drones para apoyar a la Dirección de Protección Civil de la delegación Magdalena Contreras desde unos días previos al sismo del 19 de septiembre, porque estábamos tomando fotografías de algunas zonas de deslaves en la demarcación para conocer sus causas, es por ello que continuamos trabajando con ellos después del sismo. El dron que utilizamos fue un cuadricóptero y nuestra contribución fue ofrecer una visualización desde el aire de afectaciones estructurales de edificios y tanques de gas ubicados en los techos”, recordó.

Salas Rodríguez subrayó la importancia de que los usuarios de drones conozcan y sigan las recomendaciones señaladas en la circular obligatoria AV-23/10 de la Dirección General de Aeronáutica Civil (DGAC) de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) y con esto evitar riesgos para la población.

“Nosotros trabajamos en equipo con Protección Civil porque estas aeronaves deben volar cuando es conveniente hacerlo. Después del sismo del 19 de septiembre, había personas que por su cuenta estaban usando drones en las zonas afectadas que, en lugar de ayudar, dificultaban las acciones de los rescatistas por el ruido que producían”, señaló.

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