Robótica submarina ampliada lista para derrames de petróleo

Por Javier Gilabert • 30 marzo 2018

Javier Gilabert1, João Sousa2, Zoran Vukić3, Georgios Georgiou4, Laura de la Torre5, David McMyler6, Mark Inall6, Juhan Ernits8, Martin Ludvigsen9, Marc Carreras10, Gabriel Oliver11, Maria João Costa2, António Sérgio Ferreira2, Dan Hayes4, Nadir Kapetanović3, Francisco López-Castejón1, Milan Marković3, Miguel Massot11, Dula Nad3, Petter Norgren9, João Luís Pereira2, Núria Pujol12, Manuel António Ribeiro2, Carolina Rodríguez1, Paulo Sousa Dias2, Matt Toberman6, Dionisio Tudela1, Jüri Vain8, Emily Venables6.

1Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), 2Universidad de Oporto, Laboratorio de Tecnología y Sistemas Subacuáticos (LSTS), 3Universidad de Zagreb, Laboratorio de Sistemas y Tecnologías Subacuáticas (LABUST), 4Universidad de Chipre, Centro de Oceanografía, 5SASEMAR, Agencia Española de Seguridad Marítima, 6Irish Coast Guards, 7La Asociación Escocesa de Ciencias Marinas - SAMS, 8Tallin University of Thechnology - TUT, 9University of Girona - UG, 10University of the Balearic Islands - UIB, 11Norges Teknisk-Naturvitenskatelige Universitet - NTNU, 12Marine Technology Unit CSIC.

El seguimiento de los derrames de petróleo en el agua antes de llegar a la superficie mediante el uso de nuevas tecnologías robóticas emergentes está uniendo la brecha entre las tecnologías tradicionales existentes (modelos y satélites) como un sistema de apoyo a la toma de decisiones para los responsables de la toma de decisiones. Los penachos de petróleo bajo el agua pueden provenir de fugas en el fondo o de parches superficiales que forman penachos subsuperficiales como se ha demostrado recientemente. La inteligencia distribuida de estos dispositivos a través del derrame combinada con el modelado hidrodinámico es capaz de construir una imagen altamente dinámica y precisa del derrame. Esta tecnología robótica cooperativa de vehículos múltiples permitirá un sistema de soporte de decisiones económico, flexible, ampliable, preciso y rápido, mejorando la capacidad de respuesta a estos eventos.
Robótica subacuática ampliada lista para derrames de petróleo (e-URready4OS) es un proyecto cofinanciado por la Unión Europea (Dirección General de Protección Civil Europea y Operaciones de Ayuda Humanitaria, DG-ECHO) destinado a unir fuerzas para poner a disposición una flota de vehículos submarinos autónomos ( AUV), vehículos aéreos no tripulados (UAV) y vehículos de superficie no tripulados (USV) con capacidad operativa para intervenir contra derrames de petróleo mediante el uso de nuevas tecnologías cooperativas de vehículos robotizados (http://www.upct.es/urready4os).
Este proyecto es una extensión natural del proyecto anterior URready4OS en el que se probó el concepto de una flota cooperativa de vehículos robotizados para la detección y el monitoreo de hidrocarburos en agua.
Transformar este concepto en una herramienta operativa requiere la mejora del sistema ya existente, la expansión de la flota con nuevos activos y la transferencia de conocimientos técnicos a los encargados de responder al derrame de petróleo. Los objetivos principales y los resultados esperados de este proyecto son:
  • Amplíe la flota existente de URready4OS (de 5 a 12 activos) capaz de detectar petróleo en el agua.
  • Proporcione capacitación a los nuevos equipos que se unan a la flota realizando ejercicios.
  • Mejore el sistema actual con nuevos desarrollos de software que comprenden una versión específica de Neptus.
  • Aumentar la capacidad del modelo MEDSLIK-II de fuente abierta, de libre disponibilidad, para rastrear derrames a pequeña escala.
  • Transfiera los conocimientos a las Agencias de Seguridad Marítima (MSA) a través de cursos teóricos y prácticos breves.
Once instituciones, universidades y MSA, de ocho países de la UE constituyen la asociación: Universidad Politécnica de Cartagena - UPCT (Coordinador); Centro Oceanográfico - Universidad de Chipre - OC-UC, Universidade do Porto - UP, Universidad de Zagreb - UZ, Sociedad Española de Salvamento y Seguridad Marítima - SASEMAR, Guardia Costera de Irlanda - ICG, Asociación Escocesa de Ciencias Marinas - SAMS, Universidad de Tallin de Tecnología - TUT, Universitat de Girona - UG, Universitat de les Illes Balears - UIB y la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología - NTNU.
El sistema e-URready4OS es una flota de múltiples activos con diferentes capacidades y características que comprenden AUV (Vehículos autónomos subacuáticos), USV (vehículos de superficie no tripulados) y UAV (vehículos aéreos no tripulados) de seis fabricantes diferentes coordinados por un software de comando y control de código abierto (NEPTUS).
La flota AUV incorpora tres LAUV, dos IVER2, dos Sparus y un Remus 600. El Vehículo subacuático autónomo ligero (LAUV) es fabricado por OceanScan MST (una empresa derivada del Laboratorio de tecnología y sistemas subacuáticos - LSTS - Universidad de Oporto, http://www.oceanscan-mst.com/) dirigido a innovadoras operaciones independientes o en red para encuestas rentables de oceanografía, hidrográficas y de seguridad y vigilancia. Basado en un diseño modular, la plataforma está diseñada para ser robusta y confiable. El IVER2 AUV es un AUV pequeño y portátil conocido que fabrica Ocean Server Technology, Inc (http://www.ocean-server.com/). Con un historial probado en miles de misiones, es ideal para estudios de imágenes y medioambientales, incluidas investigación, desarrollo y aplicaciones basadas en OEM. El diseño de IVER2 permite integrar nuevos sensores y capacidades. Sparus II AUV es un vehículo de vuelo ligero multiusos con área de carga específica para la misión fabricado por IQUA (una empresa derivada de la Universidad de Girona, http://iquarobotics.com/). El usuario final puede personalizar la zona de carga y con una arquitectura de software abierta, basada en ROS, para la programación de misiones. Remus es fabricado por Hydroid (https://www.km.kongsberg.com/hydroid), una subsidiaria de propiedad absoluta de Kongsberg Maritime, fabricante líder de avanzados e innovadores Vehículos Autónomos Submarinos y robots marinos para estudios y cartografía en alta mar en todo el mundo.
El componente de superficie del sistema es un vehículo de superficie no tripulado (USV), una plataforma de superficie autónoma sobreactucada (PlaDyPos) con 4 propulsores. Esta configuración permite el movimiento en el plano horizontal bajo cualquier orientación. La plataforma ha sido desarrollada en la Facultad de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Zagreb, Laboratorio de Sistemas y Tecnologías Subacuáticas (LABUST) para rastrear el enrutador de comunicación de objetos submarinos entre la superficie y la ayuda de navegación subacuática.
Los componentes de aire son dos vehículos aéreos no tripulados SKYWALKER X8 (componentes de bajo costo fuera de la plataforma), modificados en el LSTS, lo que permite misiones de vigilancia de despliegue rápido. Es un vehículo que se puede lanzar a mano perfeccionado para escenarios de reconocimiento de baja altitud con transmisión de video en vivo que se usa aquí como relé de comunicación para AUV cuando está fuera de alcance.
Cualquier nuevo activo abierto puede agregarse a la flota, sintonizando las comunicaciones y la integración en el software Command and Control Neptus. Neptus es una Infraestructura de Control y Mando Distribuido para la operación de todo tipo de vehículos no tripulados desarrollados en el LSTS (Universidad de Oporto, https://lsts.fe.up.to/toolchain/neptus). Es compatible con las diferentes fases de un ciclo de vida de misión típico: planificación, simulación, ejecución y análisis posterior a la misión y los operadores pueden adaptarlo para cumplir con los requisitos específicos de la misión y ser ampliado por los desarrolladores a través de un marco completo de complementos.
Después del despliegue de los vehículos en el agua, se produce una serie de interacciones entre los agentes y los operadores. Las posiciones de los vehículos y la información grabada por los AUV se transmiten, ya sea por aire o por debajo del agua a los operadores. Los AUV pueden transmitir esta información directamente al barco (o a la estación base terrestre) bajo el agua a través de un módem acústico. También pueden transmitir los datos al USV bajo el agua por el mismo sistema. El USV envía posteriormente la información por aire, a través de Wi-Fi, ya sea a la nave, si está en el rango de Wi-Fi, o al UAV. El UAV, puede contactar la señal aérea USV por baja altitud volando sobre el vehículo de superficie. Sin embargo, los AUV también pueden almacenar la información que se transmitirá por aire, a través de Wi-Fi, ya sea al USV, el UAV o el barco (si está dentro del rango) cuando está en la superficie. Los diferentes tipos de comunicación y rangos de distancia proporcionan al sistema una flexibilidad extraordinaria para diseñar las operaciones.
Se han realizado tres ejercicios de entrenamiento. El primero en 2014 en Split, con el apoyo de la Marina de Croacia con tres AUV, un USV y dos UAV operados bajo el mismo sistema de comunicación. El segundo ejercicio se llevó a cabo a bordo del buque SASEMAR (Agencia Española de Seguridad Marítima) "Clara Campoamor", remolcadores oceánicos multipropósito y tiene 80 metros de largo, frente a Cartagena (SE) en el Mar Mediterráneo en 2015. El mismo equipo puso en práctica diferentes estrategias para localizar y monitorear un derrame de Rodamina WT por debajo de 15 metros. En 2017, el tercer ejercicio se llevó a cabo a bordo del mismo buque y sitio con tres nuevos AUV. Las misiones para seis AUV (diferentes fabricantes), un USV (PlaDyPos) y un UAV (X8) fueron diseñados por el piloto principal y cargados en los vehículos. Varias misiones fueron diseñadas para localizar, caracterizar y monitorear su dirección, tamaño y volumen.
Para determinar la dirección del derrame desde un origen conocido, se utilizó el modelo de comunidad de código abierto de libre disponibilidad MEDSLIK-II (http://medslikii.bo.ingv.it/). Dentro del perímetro trazado por el modelo, cada AUV llevó a cabo misiones coordinadas en círculos concéntricos a diferentes profundidades, interceptando así el derrame en su dirección de desplazamiento. Una vez que se identifica el origen del derrame, se traza una línea imaginaria a lo largo de la pluma y los AUV se programan para cruzar perpendicularmente esta línea en transectos equidistantes. Finalmente, las misiones se realizaron en líneas rectas cruzando diagonalmente la pluma desde muchos ángulos diferentes. Los sensores fluorométricos permitieron las mediciones de concentración, mientras que los transectos diagonales proporcionaron el mapa de la extensión del derrame.
Se desarrollaron e instalaron nuevos plug-ins para el software de comando y control NEPTUS en cada vehículo, permitiendo una mejor integración de la flota. NEPTUS es capaz de diseñar misiones para cualquier vehículo de fabricantes, mostrar sus trayectorias y datos grabados en tiempo real, así como visualizar mapas de trayectorias de petróleo predichas por modelos numéricos. Por otro lado, la coordinación de una flota ampliada que trabaja simultáneamente con 6 AUV, 1 USV, 1 AUV y 2 buques auxiliares ha dado resultados satisfactorios. El intercambio de información entre NEPTUS y el puente comenzó a ser explorado durante este ejercicio.
El próximo ejercicio está previsto para 2018 a bordo del buque Celtic Voyager organizado por The Irish Coast Guards.
Con el fin de diseminar y transferir los conocimientos adquiridos durante este proyecto, se diseña un curso corto sobre seguimiento de derrames de hidrocarburos con agentes autónomos (AUV, UAV, USV) y se diseña su integración con otras tecnologías existentes. Se entregó una primera versión de este curso al personal técnico de Protección Civil en Chipre. El material desarrollado para los cursos, que se mejorará durante los eventos posteriores, es la disponibilidad a través del sitio web del proyecto. Este curso permitirá a los usuarios finales comprender cómo, cuándo y dónde desplegar una flota de AUV, las capacidades y limitaciones operativas. Junto con el libro blanco del proyecto, incluirá directrices, protocolos y rutinas tanto para las comunicaciones entre los vehículos como para la estación de tierra / barco, así como los procedimientos y requisitos para unirse a la flota para cualquier vehículo de terceros disponible. El documento producido se centra en cuestiones prácticas en lugar de teóricas, por lo que se puede utilizar para que los usuarios finales decidan cuándo y cómo deben usar estas tecnologías, cómo descargar e instalar el software, cómo preparar nuevos vehículos para unirse a la flota, lo cual son los requisitos de comunicación tanto aéreos como subacuáticos, protocolos de comunicación para usar, etc.
La integración de nuevos equipos es siempre un gran reto tecnológico y humano. Este proyecto tiene como objetivo hacer accesible a los respondedores de derrames de petróleo un sistema descentralizado, flexible, ampliable, fácil de transportar, de bajo costo y abierto. Nuestro proyecto se basa en la idea de que, cuantos más agentes entrenados participen, más eficiente, disponible, útil y barato será el sistema.
El autor
El Dr. Javier Gilabert es Profesor del Departamento de Ingeniería Química y Ambiental - Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT) - España y PI del proyecto Robótica subacuática listo para derrames de petróleo.
(Según se publicó en la edición de marzo de 2018 de Marine Technology Reporter )
Categorías: Ambiental, Costa afuera, Energía extraterritorial, Noticias de vehículos, Salvar, Tecnología, Vehículos no tripulados

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