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INGENIERÍA NAVAL

Vehículos subacuáticos

Prueban prototipos de robots sumergibles en la explotación de petróleo y en investigaciones oceanográficas

FlatFish: desarrollado para verificar tuberías y plataformas en el fondo del mar. Tiene 2,20 m de longitud y desciendo hasta los 300 m de profundidad

BG GROUP FlatFish: desarrollado para verificar tuberías y plataformas en el fondo del mar. Tiene 2,20 m de longitud y desciendo hasta los 300 m de profundidadBG GROUP

A partir de la década de 1990, empezaron a surgir los robots submarinos que navegan en forma autónoma, sin estar unidos a una embarcación por cables, para ayudar en las investigaciones oceanográficas y en la explotación de petróleo y gas en el fondo del mar. Con sensores para la navegación sumergida y GPS, cuando están en la superficie, aparte de contar con motores y equipos de comunicación por radio, puede programárselos para ir y volver desde un lugar predeterminado. Recibieron el nombre de Vehículos Autónomos Sumergibles (AUV, las siglas de Autonomous Underwater Vehicle) y los fabrican empresas de países tales como Estados Unidos, Noruega, Japón y Francia. En Brasil, las investigaciones y los desarrollos en el área son recientes, y aún no se ha producido un robot submarino que pueda fabricarse comercialmente. Pero existen al menos tres prototipos que se encuentran actualmente en etapa de pruebas.

El más reciente se destina a la explotación de petróleo y gas, el área que más oportunidades tecnológicas y de aplicaciones operativas de robots AUV ofrece en el país. BG Brasil, una subsidiaria del Grupo Shell, desarrolló un AUV llamado FlatFish en colaboración con el Servicio Nacional de Aprendizaje Industrial ‒ Senai – Campus Integrado de Manufactura y Tecnología (Cimatec), en Salvador (Bahía), con el apoyo de la Empresa Brasileña de Investigación e Innovación Industrial (Embrapii) y de la Agencia Nacional del Petróleo, Gas Natural y Biocombustibles (ANP). Este robot se empleará en la inspección visual en tres dimensiones (3D) de alta resolución de estructuras submarinas de explotación de gas y petróleo, tales como tuberías y oleoductos, cascos de barcos y plataformas.

“Es el primer prototipo de este tipo producido en Brasil”, afirma Rosane Zagatti, gerente de Tecnología Subsea de la empresa. “El vehículo submarino autónomo ayudará en la explotación en aguas profundas, con una reducción de costos operativos de entre un 30% y un 50%, y brindará una mayor seguridad con menor impacto ambiental”. Zagatti explica que en la actualidad las inspecciones submarinas en la industria de petróleo y gas se realizan con vehículos operados en forma remota (ROV, las siglas de Remotely Operated Vehicle), que requieren de un barco de apoyo. El ROV es lanzado al mar con cables desde la embarcación, desde la cual se lo opera por control remoto, una labor a cargo de dos personas (piloto y copiloto). Dependiendo del lugar donde se lleva a cabo la inspección, los costos del ROV pueden ascender a alrededor de 200 mil dólares por día. “El FlatFish no requiere la presencia de un barco de apoyo, lo cual disminuye ostensiblemente los gastos”, dice Zagatti. Para Marcos Reis, coordinador del proyecto del Cimatec, este vehículo reviste grandes desafíos tecnológicos y las ventajas de desarrollarlo son numerosas. “Este robot disminuye los riesgos para la integridad de barcos, las plataformas, las tuberías y otras estructuras sumergidas, debido al incremento de la frecuencia de las inspecciones, aparte de brindar mejores resultados en el control de calidad”, dice. “También reduce los riesgos de seguridad personal, al eliminar la necesidad de realizar tareas peligrosas a cargo de buzos en operaciones de apoyo.”

Pirajuba: prueba en el mar de Ubatuba (São Paulo). La versión para el estudio del plancton tiene 2,20 m de largo

ETTORE BARROS/POLI-USP Pirajuba: prueba en el mar de Ubatuba (São Paulo). La versión para el estudio del plancton tiene 2,20 m de largoETTORE BARROS/POLI-USP

La función del FlatFish consiste en transmitir información en tiempo real, con imágenes y datos. Para llevar a cabo dicha tarea, el robot cuenta con sensores, propulsores, computadoras embarcadas e inteligencia computacional, con sistemas de detección y toma de decisiones de ser necesario. “Se lo desarrolló para que pueda navegar con gran estabilidad y capacidad de llegar muy cerca de las instalaciones que inspecciona, o incluso tocarlas”, explica Zagatti. “Nuestro vehículo es capaz de residir en el fondo del mar, en una especie de garaje. Desde ese sitio, una vez programado, sale a ejecutar su misión en forma autónoma, recabando y enviándole a un operador los datos de su inspección”. El aparato es impulsado por motores que funcionan con baterías de litio, pasibles de recarga en el fondo del mar, en el garaje subacuático. La autonomía del FlatFish es de entre 35 kilómetros (km) y 60 km, dependiendo de la misión y de las corrientes marinas. Cada seis meses, este AUV debe volver a tierra para su nmantenimiento.

El prototipo ha sido probado y puede operar a una profundidad de 300 metros. Según Reis, el equipo del Cimatec trabaja para que dentro de cuatro o cinco años el FlatFish logre operar a una profundidad de hasta tres mil metros, lo cual lo volverá útil en la explotación en la capa presal. Hasta ahora se han invertido 30 millones de reales en este proyecto, divididos en partes iguales entre BG Brasil, Embrapii y el Senai, cuya contribución se contabiliza en sueldos del personal de la entidad y el uso de aparatos e infraestructura. El proyecto contó también con el apoyo técnico del Instituto Alemán de Robótica e Inteligencia Artificial (DFKI). BG Brasil aún no ha firmado colaboraciones con miras a una futura producción del robot submarino.

Otra vertiente actual del uso de robots submarinos consiste en la exploración de los océanos. El ingeniero naval Ettore Apolonio de Barros, docente de la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP), empezó a desarrollar un AUV en 2005: es el Pirajuba (pez amarillo, en idioma tupí), y la tarea cuenta con financiación de la FAPESP. El objetivo es estudiar la hidrodinámica de un vehículo autónomo sumergido con forma de torpedo, cosa que hizo durante nueve años en el Laboratorio de Vehículos no Tripulados. El desarrollo del Pirajuba prosiguió con investigaciones realizadas bajo la coordinación del biólogo Rubens Lopes, profesor y jefe del Laboratorio de Sistemas Planctónicos (Laps) del Instituto Oceanográfico (IO) de la USP. Lopes estudia la distribución del plancton (microorganismos que les sirven de alimento a diversas especies de peces y otros animales marinos) en partes de la costa brasileña. “En febrero de 2014, pusimos en marcha un proyecto tendiente a modificar nuestro AUV Pirajuba, dotándolo de una aplicación práctica”, comenta De Barros. “Ahora el objetivo es recabar datos del plancton.”

HROV: orugas para explorar estructuras submarinas tales como cascos de barcos. Mide 1,20 m de longitud y 1 m de altura

JUAN AVILA/UFABC HROV: orugas para explorar estructuras submarinas tales como cascos de barcos. Mide
1,20 m de longitud y 1 m de alturaJUAN AVILA/UFABC

La manera tradicional de recabar datos en este tipo de estudios consiste en lanzar en diversos puntos del área que se investigará una sonda con sensores específicos desde una embarcación. “Con un AUV, basta con programar la ruta y lanzar el artefacto al agua”, dice el investigador. El minisubmarino no tripulado posee siete microprocesadores a bordo que se comunican entre sí, además de sensores para la navegación y otros específicos para la investigación de microorganismos, tales como indicadores de conductividad, de temperatura del agua y de profundidad. “El vehículo también incluye sensores ópticos, que emiten luz ultravioleta para medir partículas en suspensión presentes en el agua, además de la presencia de clorofila y cianobacterias”. Las baterías de litio le aseguran una autonomía de aproximadamente de 10 horas. Después de 2014, el vehículo ha sido evaluado en el mar, alrededor de la isla Anchieta, en la zona de Ubatuba, en el litoral norte de São Paulo. El año pasado, el mismo recabó datos destinados a la caracterización del plancton en la región. De Barros afirma que su laboratorio está abierto a la cooperación con empresas para la transferencia de tecnología y la posible producción del artefacto.

Pegado en el casco
En la Universidad Federal del ABC (UFABC), el ingeniero mecánico Juan Pablo Julca Avila, docente de la carrera de Ingeniería Aeroespacial, desarrolló, con el apoyo de la FAPESP, un robot submarino diferente. Se trata de un vehículo híbrido (HROV, las siglas de Hybrid Remotely Operated Vehicle). “Es semiautónomo, con dos modos de operación: navegación libre y deslizamiento”, explica el investigador. “Cuando se lo arroja al mar, este vehículo entra en modo autónomo con base en propulsores para dirigirse y acercarse a la estructura sumergida que se inspeccionará. El HROV atraca automáticamente y a partir de allí entra en modo de deslizamiento, con orugas y con la conducción remota de un operador.”

El vehículo es una estructura elaborada con placas de polipropileno y seis propulsores de hélice para el movimiento de navegación libre en cinco direcciones: avance, profundidad, balanceo longitudinal, transversal y giro, y orugas motorizadas de goma para su locomoción sobre la superficie sumergida. Un conjunto de sensores hace posible medir los movimientos del vehículo en trayectorias predefinidas. “El prototipo ya ha pasado por diversos test hidrodinámicos y de control en el tanque de pruebas”, dice Julca Avila. “Estamos ahora en la segunda etapa de desarrollo, en la cual se está implementando el sistema de control de navegación y deslizamiento. Luego lo probaremos en el mar.”

OceanOne: tiene rasgos humanos, cámaras en los ojos y sensores en las manos para llegar a lugares peligrosos para los buzos

FREDERIC OSADA Y TEDDY SEGUIN/ DRASSM/UNIVERSIDAD STANFORD OceanOne: tiene rasgos humanos, cámaras en los ojos y sensores en las manos para llegar a lugares peligrosos para los buzosFREDERIC OSADA Y TEDDY SEGUIN/ DRASSM/UNIVERSIDAD STANFORD

La locomoción del vehículo se lleva a cabo con motores alimentados con electricidad suministrada mediante un cable umbilical desde una embarcación que también sirve para el control y la comunicación. El HROV se utilizará como plataforma experimental para realizar investigaciones en dinámica y control de este tipo de vehículos en ambiente marino y para analizar los espesores de estructuras submarinas. Al llegar cerca de un buque, por ejemplo, el robot se posiciona de manera tal que su base se ponga en contacto con el casco. A partir de allí, se accionan las orugas motorizadas para su desplazamiento. El contacto se mantiene a través de la fuerza mecánica que generan los propulsores. Cuando giran en un sentido, el robot se “pega” en el casco; cuando giran en el otro, se despega. Según Julca Avila, a este tipo de artefacto con atraque basado en orugas ya lo comercializa una empresa del exterior. Al igual que sucede con los otros proyectos, Julca Avila aún no tiene perspectivas de producción de su robot. “Estamos abiertos a los interesados, que pueden ser alumnos o investigadores calificados para trabajar en el desarrollo del aparato”, explica el investigador. “Actualmente buscamos concretar colaboraciones con empresas de robótica para la conclusión del desarrollo de los sistemas de localización acústica y de calibración de espesores.”

Las formas de los robots submarinos son diversas, tal como lo muestran los tres proyectos brasileños. El más curioso y avanzado es el de un proyecto estadounidense que realizó su primera inmersión en abril de este año en el mar Mediterráneo. Elaborado por un grupo de investigadores de la Universidad Stanford, en Estados Unidos, el OceanOne es un robot buzo humanoide. De un tamaño y una apariencia parecidos a los de un ser humano, está dotado de inteligencia artificial, con programas que efectúan la identificación de patrones y realizan asociaciones. La cabeza posee cámaras con visión estereoscópica en lugar de ojos, cuenta con dos brazos articulados y manos con dedos llenos de sensores que suministran respuestas táctiles. En el lugar de las piernas aparece una “cola” donde se ubican las baterías, las computadoras y ocho propulsores multidirecionales. Se lo opera en forma remota, con un joystick.

El robot es un buzo virtual, una especie de avatar. Cuando OceanOne agarra un objeto, por ejemplo, el operador puede sentir el peso y la fuerza de la prensión. La idea de desarrollarlo surgió de la necesidad de científicos de la Universidad Rey Abdalá de Ciencia y Tecnología (Kaust), de Arabia Saudita, de estudiar y monitorear arrecifes coralinos en el mar Rojo. La primera inmersión oficial del robot consistió en una visita a los destrozos del galeón La Luna, un navío de la flota del rey francés Luis XIV que naufragó en 1664 a 32 km de la costa y se encuentra a 100 metros de profundidad. El OceanOne mostró imágenes del barco hundido y subió con un jarrón a la superficie.

Proyectos
1. Detección de capas finas mediante el empleo de un vehículo autónomo sumergible en un ecosistema costero – Proyecto Ecoauv (nº 2013/16669-7); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Ettore Apolonio de Barros (USP); Inversión R$ 198.851,41 y US$ 50.583,98.
2. Desarrollo de vehículos autónomos submarinos de bajo costo. Parte A: Maniobrabilidad y sistema de propulsión (nº 2005/55847-1); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Ettore Apolonio de Barros (Poli-USP); Inversión R$ 71.726,87.
3. Desarrollo de un vehículo robótico submarino destinado a la inspección de cascos de barcos (nº 2011/51955-5); Modalidad Ayuda a la Investigación – Regular; Investigador responsable Juan Pablo Julca Avila (UFABC); Inversión R$ 288.274,93.

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