Con tecnología propia

Desarrollan sistemas de detección remota con vehículos aéreos no tripulados

13 de Noviembre de 2017 - El año próximo pondrán a volar una nave de ala fija, capaz de mantenerse hasta cuatro horas en el aire y trasladarse a una velocidad de entre 40 y 140 kilómetros por hora. Crearon los softwares y una computadora para la localización temprana y vigilancia de incendios forestales a través de drones de bajo costo. Además, prevén aplicaciones para la agricultura de precisión, con cámaras capaces de medir el índice verde; para el control de hacienda y el monitoreo de erosiones en el suelo

Investigadores de la Universidad Nacional de Río Cuarto están desarrollando tecnología para el monitoreo y la detección de incendios forestales, ayudar en el rescate de personas extraviadas en las sierras, hacer la guardia de cenizas y monitorear sembradíos con la utilización de drones.

Luego de varias pruebas con aviones eléctricos con hélices, ahora están centrados en una aeronave de ala fija no tripulada, que se maneja por control remoto, de promisorias aplicaciones en materia de seguridad, emergencias, agricultura, ganadería y medio ambiente.

La iniciativa cobra importancia en esta región en la que cuando escasean las lluvias y sube la temperatura, grandes superficies se ven afectadas por el fuego, una penosa calamidad que cobra vigor año tras año. En lo que va de 2017 ya suman en la Provincia más de 16 mil las hectáreas arrasadas por las llamas.

El desarrollo en danza permitirá obtener imágenes y datos meteorológicos y medio ambientales de alta calidad a diferentes altitudes en forma segura y a bajo costo.

La información llegará en directo. Para el caso de los incendios, el sistema tomará un punto caliente, filmará todo, pero no transmitirá las imágenes en tiempo real. Va a informar con precisión el lugar exacto donde ocurre el fenómeno, el tamaño del punto caliente y la temperatura. Se podrá determinar el lugar exacto del foco ígneo.

A este estudio lo llevan adelante docentes investigadores del Grupo de Sistemas de Tiempo Real, del Departamento de Ingeniería en Telecomunicaciones de la casa de estudios local.

Trabajan en el equipamiento de un vehículo no tripulado de ala fija y con otro del tipo cuadricóptero, para la recorrida de distintos escenarios y con diferentes usos. Este último posee hélices y, por tanto, se puede mantener estático en un lugar de observación. Mientras que el de ala fija necesita velocidad para poder sustentarse. Sirve para misiones más largas. Tiene capacidad para ir de una comunidad a otra y sobrevolar grandes superficies. Puede trasladarse a una velocidad de entre los 40 y los 140 kilómetros por hora. Y tiene capacidad para transportar hasta diez kilos. Está hecho en fibra de vidrio y parte en fibra de carbono.

Centrados en el desarrollo de sensores remotos con capacidad de comunicación con vehículos aéreos no tripulados, trabajan en la construcción de un prototipo, que luego podrá ser transferido a quienes se encargan de esas tareas en esta zona.

La aeronave de ala fija, con capacidad para volar por encima de las áreas afectadas, se pondrá en marcha el año próximo, cumplirá con los requisitos exigidos por ley, con las certificaciones correspondientes, y tendrá una autonomía de cuatro horas, lo cual permitirá el paneo de grandes extensiones.

El aparato podrá ejecutar un despegue, un vuelo y un aterrizaje de forma autónoma para detectar focos de incendio y vigilar su avance.

Los vuelos se monitorearán y controlarán desde una estación terrena en donde se recibirán datos de los sensores.

Mediante lentes especiales se prevé procesar el video captado por las cámaras y detectar la presencia de focos de incendio. Esto permitirá el envío de alarmas a la estación terrena o dispositivos móviles conectados a una red celular.

El vehículo volará tanto de forma autónoma, como tele controlada, siguiendo una misión de prevención previamente cargada.

El hardware del dron hecho en el campus

En paralelo al desarrollo de los softwares, este grupo de investigadores ya envió al Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI) el diseño de una computadora con aplicaciones críticas, esto es que disminuye casi por completo las posibilidades de error. El año que viene fabricarán ya el prototipo, que será el equipo de vuelo de la pequeña aeronave de ala fija que, por ahora, guardada en una caja de cartón espera levantar vuelo y surcar los cielos de las serranías de la zona.

Servirá para enviar datos en tiempo real desde el mismo lugar del incendio sobre aspectos críticos como características del terreno, localización, condiciones atmosféricas e intensidad del fuego.

Tanto la electrónica, el hardware, como el software se están gestando en los laboratorios de Ingeniería de la UNRC. Todo está diseñado para funcionar en ambientes adversos -estresados, como le llaman los ingenieros-, tales son los casos de los incendios a monitorear.

El trabajo contempla el diseño del hardware del vehículo no tripulado basado en la Computadora Industrial Abierta Argentina aplicada a Sistemas de Seguridad Crítica, el diseño del software de control, la telemetría entre la nave y la estación terrena y el procesamiento de la información para cada uno de los casos.

Este programa, financiado por la Secretaría de Ciencia y Técnica de la Universidad Nacional de Río Cuarto, incluye tres proyectos: uno de desarrollo de sensores remotos con capacidad de comunicación con vehículos aéreos no tripulados; otro de aviónica de un vehículo aéreo no tripulado basado en la Computadora Industrial Abierta Argentina para Aplicaciones Críticas -proyecto del cual participó la UNRC, junto con otro medio centenar de universidades del país- y un tercero sobre modelos de software de aviónica para el control de misión de vehículos aéreos no tripulados.

También tienen en marcha tres proyectos financiados por la Secretaría de Extensión de la UNRC, relacionados con el protocolo de comunicación para dar aviso de alarma en la detección temprana de incendios; el sistema embebido aplicado a la detección y alertas de incendios para implementar en sistemas de aviones no tripulados y el sistema director de vuelo para el guiado de procedimientos aéreos no tripulados para aplicaciones como la detección temprana de incendios.

Arquitectura de diseño flexible

La investigación procura una solución de bajo costo y arquitectura de diseño flexible que permitiría incluir múltiples aplicaciones, como la agricultura de precisión, a través del análisis del índice verde, o en el control de fallas eléctricas mediante el seguimiento y monitoreo en líneas de alta y media tensión.

El director del Laboratorio de Sistemas Embebidos es el ingeniero electricista Gustavo Rodríguez, docente e investigador de la casa de estudios, quien dio detalles de esta innovadora iniciativa: “El grupo comenzó a trabajar en 2012, cuando esto se estaba empezando a desarrollar, sobre lo cual no había experiencias en la región. Arrancamos con los drones y después seguimos con el propósito de aplicar el dron en algo social, específicamente en el control de incendios y algo vinculado con la producción, para el monitoreo de la siembra, determinando el índice verde de los cultivos”.

“Empezamos con drones caseros. Estos son juguetes caros. Los hacemos a pulmón. Y si se caen, se rompen y estamos en problemas. Comenzamos con un equipo de bastante bajo costo, con una cámara que nada más sacaba fotos, no hacía el procesamiento de la imagen. Ahora se quiere trabajar con cámaras que tienen la capacidad de registrar la temperatura de lo que se está registrando”, señaló el investigador.

Años atrás presentaron un proyecto a nivel provincial, en la Secretaría de Ciencia y Tecnología. Fue aprobado, pero sin financiamiento. Y siguieron trabajando con los recursos propios de la Universidad, lo cual hizo que los tiempos se fueran prolongando.

Ahora están abocados a la instrumentación del avión de ala fija, esto es la tecnología que se colocará en su interior, necesaria para detectar los puntos calientes, sin perder el enlace en la transmisión. Y ya cuentan con una cámara que detecta fuego, que no es de gran capacidad, pero que permite hacer las pruebas previas al trabajo de campo en las sierras.

El ingeniero mecánico Manuel Amor es el director del Grupo de Sistemas de Tiempo Real. Y dijo: “El vehículo cumplirá con los requisitos exigidos para volar y contará con las certificaciones correspondientes. Vamos a llegar a tener un vehículo certificado.

El dominio de la nave y la lectura de los datos van a quedar en manos de los beneficiarios. Trabajamos en el desarrollo de softwares propios, adaptados a la normativa, para obtener autorización para volar. Hemos hecho varios vuelos, con un par de caídas y todo el daño que nos ha significado eso, pero estamos conformes con lo hecho y esperanzados en poder hacer un aporte significativo”.

El ingeniero Rodríguez, explicó: “Lo que corre adentro es lo que se llama un sistema embebido. El software se integra con el hardware en un sistema único. El software está desarrollado exclusivamente para esa placa en particular. Funcionalmente, está direccionado en un único sentido. Esto permite trabajar con un tamaño más reducido”.

“Junto con otras universidades estamos desarrollando la computadora, en el marco del proyecto CIAA, la computadora argentina, diseñada y desarrollada en el país. Ahora estamos empeñados en desarrollos para aplicaciones críticas, esto con un mínimo de falla, sin riesgo para las personas. Esa computadora se está haciendo acá, en el marco de ese proyecto. Aún no está hecha la placa, está todo bosquejado. El diseño se lo llevó al Inti, donde se está sometiendo a evaluaciones, con varios ensayos de prueba. Y el año que viene se estará fabricado ya el prototipo, que será el equipo de vuelo”.

A las posibilidades vinculadas con la alerta temprana de incendios, se agrega que este dron servirá también para el recate de personas desorientadas en la zona de las sierras, puesto que será posible, en caso de necesidad, incorporar una celda para proveerles señal a sus celulares.

Este programa de investigación es llevado adelante por los ingenieros Roberto Manno, Manuel Amor, Gustavo Rodríguez y Mauricio Príncipi, junto con otros docentes y becarios del Departamento de Telecomunicaciones, de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Río Cuarto.

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Imágenes: Área de Fotografía UNRC