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Tecnología

Robots acuáticos

Cinco vehículos desarrollados en Brasil exploran por control remoto el fondo del mar, ríos, lagos y embalses

Luma: pequeñas modificaciones que se probarán en el mar en la Antártida

Léo RamosLuma: pequeñas modificaciones que se probarán en el mar en la AntártidaLéo Ramos

Ellos no hablan y pasan lejos de la imagen humana con un tronco, dos brazos y dos piernas, pero sirven para ir allá donde el hombre nunca estuvo o tiene mucha dificultades en llegar, como el fondo del mar o áreas inundadas de la Amazonia. Por esa capacidad de sustituir al hombre, cinco máquinas desarrolladas por investigadores brasileños, que van a actuar esencialmente en el agua, pueden ser llamadas robots. Uno de ellos fue concebido para inspeccionar cañerías en la Selva Amazónica, adonde irá este mes de noviembre, y desplazarse por medio de ruedas especiales en ríos y lagunas. Otro sirve para la inspección de represas y del ambiente marino y lo llevarán también este mes a la región polar Sur para colaborar en el análisis de la fauna, de las algas y de los microorganismos que viven en el mar de la bahía del Almirantazgo donde está ubicada la estación de investigación brasileña en la Antartida. Dos de ellos, cuando estén completamente finalizados, podrán ser guiados, de forma remota, por un sistema de software y sensores, para inspeccionar ductos marinos, explorar la topografía del fondo del mar y colaborar en la prospección de petróleo. El último pasa por los retoques finales para inspeccionar, principalmente, el fondo de ríos e inspeccionar los cimientos de los puentes. Los cinco son los más recientes representantes de ese tipo de tecnología que está en pleno crecimiento en el mundo. Pocas empresas, entre noruegas, canadienses y japonesas, producen tales robots, pero varias universidades y centros de investigación en el exterior están desarrollando esos artefactos acuáticos y robóticos.

El brasileño que será llevado para la Antártida fue concebido inicialmente para inspeccionar túneles subacuáticos de centrales hidroeléctricas que llevan el agua de las represas hasta las turbinas. El robot fue elaborado y construido en la Coordinación de los Programas de Posgrado de Ingenierías (Coppe) de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ) para Ampla, empresa distribuidora de energía eléctrica, antigua Compañía Eléctrica del Estado de Río de Janeiro (Cerj), usar en la inspección de sus hidroeléctricas. Abastecido de cámaras fotográficas, el robot ya fue usado en la inspección de represas. Él fue finalizado en 2006, después de tres años de desarrollo. Después de eso surgió el interés de los colegas de la biología marina de la UFRJ sobre mi sugerencia  de usar el robot para la exploración del mar antártico durante el Año Polar Internacional (API), de marzo de 2007 a marzo de 2009. Pedimos una licencia de uso para la Ampla y comenzamos a adaptar el Luma (el nombre del robot) para el ambiente polar Sur, dice el profesor Liu Hsu, coordinador del proyecto. El nombre Luma, de acuerdo con Hsu y el otro investigador, Ramón Romankevicius Costa,  se debe al hecho de que sólo existen hombres en el equipo. Ellos cuentan que la referencia a Luma de Oliveira, madrina de batería de varias escolas de samba de Río de Janeiro, puede tener sentido, pero desvían la conversación.

El principal desafío de los investigadores ahora es adaptar el Luma para sumergir en la Antártida hasta una profundidad de 500 metros, porque el robot fue construido para operar, como máximo, a 50 metros. Para eso cambiamos la estructura, que era de aluminio, para un material plástico, un polímero llamado  acetal, muy denso y resistente a las deformaciones, dice Costa. Otra adaptación es la sustitución de un creativo sistema de flotadores con botellas PET, las botellas plásticas usadas en refrescos y agua mineral. Ellas, por ser muy resistentes, hacen el papel de compensadores en relación al motor que empuja al robot para el fondo del mar. Cualquier problema de mal funcionamiento del motor, la Luma vuelve para la superficie y flota, dice Costa. Ellas son presurizadas y reciben hasta 80 libras, algo como tres veces más que los neumáticos de un carro de paseo. Pero en la Antártida, con presiones mayores en el fondo del mar, las botellas PET no van a aguantar. En octubre, ellos estaban probando botellas de aluminio y espumas sintéticas muy rígidas en  lugar del plástico.

En el mar antártico el Luma va a participar de la identificación de la diversidad de organismos marinos. Colaboramos con el Censo de Vida Marina Antártica (CAML, en la sigla en inglés), que incluye proyectos de varios países, inclusive 30 de la América del Sur, que poseen programas antárticos (Brasil, Argentina, Chile, Uruguay, Perú y Ecuador). Brasil lidera cuatro proyectos del API para conocer mejor la biodiversidad de la Antártida, y, a largo plazo, averiguar si aquellos seres marinos tienen relación con los existentes en la margen continental brasileña, dice la profesora Lúcia de Siqueira Campos, del Instituto de Biología de la UFRJ, que participa del comité científico del CAML. El robot nos va a ayudar a conocer mejor el fondo del mar, por medio de la colecta de muestras y del registro de organismos marinos vía cámara fotográfica y sensores capaces de medir características ambientales como temperatura y cantidad de la luz solar que llega hasta el fondo, por ejemplo, dice Lúcia. En el mar de la bahía del Almirantado, un buceador puede ir hasta, como máximo, a 30 metros de profundidad y consigue quedarse en el agua, con ropas apropiadas, por 15 a 20 minutos.

Chico Mendes: ensayos a Amazonía

CENPES/PETROBRASChico Mendes: ensayos a AmazoníaCENPES/PETROBRAS

Para las pruebas de adaptación del Luma a la Antártida, fueron usadas cámaras frigoríficas, principalmente para los componentes electrónicos, sensores para navegación y cámaras fotográficas y de video, que serán tres. Una de ellas será capaz de tirar fotos y filmar en alta resolución, dice Costa. Él resalta que toda la tecnología de navegación y software de control fueron desarrollados en la Coppe. Con 90 centímetros (cm) de longitud, 60 cm de altura y 70 cm de largo, él carga cuatro propulsores, o motores eléctricos, que mueven dos hélices, el robot estará unido a un barco por dos cables. Un sirve para llevar la energía eléctrica a los motores y el otro para la transmisión de datos de control, de navegación y de imágenes. Robots acuáticos unidos por cables en los barcos son llamados ROVs, sigla en inglés para  vehículos operados por control remoto.

Aunque no se sumerja, otro vehículo con control remoto es el Chico Mendes, nombre en homenaje al líder cauchero ambientalista del Acre muerto en 1988. Él fue producido por el Centro de Investigación y Desarrollo de la Petrobras (Cenpes), en Río de Janeiro. Él va a flotar sobre el agua, en el fango, va a andar sobre vegetación fluctuante, la tierra y piedras y por eso es llamado Robot Ambiental Híbrido?, dice el investigador y coordinador del proyecto Ney Robinson Salvi dos Reis.

El proyecto nació de la necesidad de la empresa cuando la aprobación del gasoducto Coari?Manaus, con una extensión de 420 kilómetros, en gran parte del bosque nativo entrecortado por ríos. El robot forma parte del proyecto Piatam, sigla de Potenciales Impactos y Riesgos Ambientales de la Industria del Petróleo y Gas en el Amazonas, solventado por Petrobras. La pregunta que nos hicimos fue como llegar a los puntos de interés dentro de ese complejo ecológico sin provocar mayores daños. Precisábamos de un artefacto que anduviera sobre aquellos terrenos y nos mostrase lo que estaba allá, dice Reis. Pero el principal objetivo del robot es rodar sobre un gasoducto y verificar posibles problemas de derramamiento. El monitoreo comienza cuando él esté listo en 2008.

El Chico Mendes también tiene un potencial para colaborar en investigaciones ambientales y de salud pública y hasta aún como transporte para los habitantes locales. Para moverse, el Chico Mendes posee ruedas y suspensión que reconocen el tipo de terreno. Un sistema computadorizado en el propio vehículo procesa las informaciones de los sensores de navegación y configura automáticamente el conjunto de tracción. Él es teledirigido a distancia por un sistema de radio y se mueve con energía eléctrica suministrada por baterías de níquel y paneles solares.

La concepción y el desarrollo del Chico Mendes rindieron tres patentes, una del design del vehículo, otra de la suspensión y, la tercera, del tipo de la rueda. Reinventamos la roda, bromea Reis. Para él el éxito del proyecto está en la multidisciplinaridad del equipo compuesto por varios alumnos, de la graduación al doctorado, y técnicos de universidades y otros centros de investigación como  la UFRJ, la Universidad Federal de Santa Catarina, la Pontifícia Universidad Católica de Río de Janeiro y la Universidad Federal del Amazonas. Reis cuenta que los mayores desafíos para adaptar el vehículo al ambiente amazónico son la humedad y la señal de radio que es atenuada por la selva. Después de llevar el segundo prototipo teledirigido para la región del gasoducto Coari Manaus, este mes, Reis pretende ampliar aún más el Chico Mendes, ahora transformándolo en una unidad tripulada. ?Lo que va en noviembre para la Amazonia, por  segunda vez, para prueba de sensores y control de navegación es el modelo M, de medio, el G, de grande, está en fase de diseño industrial.

Otro robot acuático brasileño desarrollado en la Escuela Politécnica de la Universidad de São Paulo (Poli-USP) no podrá llevar tripulantes porque si tuviera el tamaño para eso será un submarino. Fue planificado para ser un robot autónomo, que no necesita de cables de energía y control conectándolo al barco. Se trata de un robot conocido por AUV, sigla en inglés de vehículo autónomo sumergido, que cumple misiones en los océanos en el análisis de actividades geológicas del fondo del mar y en el auxilio a la prospección de petróleo, actividad que crece en todo el mundo.

El vehículo lleva el nombre de Pirajuba, del tupí pez amarillo y ya fue probado en los tanques de prueba del Instituto de Investigaciones Tecnológicas (IPT), en São Paulo, en relación a los estudios hidrodinámicos, que se refieren a como la forma del vehículo es afectada por las fuerzas de resistencia del agua y cual es el comportamiento de las maniobras. El coordinador del proyecto es el profesor Ettore Apolonio de Barros, del Laboratorio de Vehículos No-Tripulados del Departamento de Mecatrónica de la Poli. Él explica que robots de ese tipo navegan solitos por medio de un computador de a bordo que lleva instrucciones  en un software. Es necesario programar el recorrido, la profundidad y otros parámetros para que él vaya a un determinado lugar y regrese. El sistema de navegación puede, inclusive, basarse en señales de sonares, equipamientos que emiten ondas sonoras en ultrasonido. Con el sonar, es posible hacer los cálculos de la distancia entre el emisor y el receptor. Los resultados en los estudios hidrodinámicos también son útiles para disminuir el consumo de energía, que en esos robots es suplido por baterías como las de litio, similares a las usadas en los teléfonos celulares, y las de plomo ácido, iguales a las de los automóviles. Estamos estudiando una combinación entre baterías de plomo y de litio. Las baterías hacen funcionar un propulsor dotado de hélices.

Barros trabaja en conjunto con el Instituto Superior Técnico, de la Universidad Técnica de Lisboa, en Portugal, y el Instituto Oceanográfico de Goa, en la India. Los indios tienen el vehículo y yo tomé el modelo, en el que hacemos estudios sobre hidrodinámica, y me basé en su geometría para otro proyecto y construcción de nuestro AUV, dice él. Los experimentos con el AUV portugués tienen lugar normalmente en el archipiélago de los Azores para la verificación de volcanes, análisis topográfico del fondo del mar y recolecta de plancton. Barros explica que esos robots marítimos tienen un histórico militar, con desarrollos en la antigua Unión Soviética y en Estados Unidos, con uso inclusive en la Guerra del Golfo, en 1991. Los AUVs actuales se benefician con la experiencia militar, además de los costos de los computadores haber caído. Pero es difícil obtener en el mercado los llamados sistemas inerciales de alto desempeño para navegación, basados en sensores como acelerómetros y giroscopios (que suministran parámetros de velocidad e inclinación del vehículo) porque pueden ser utilizados también en aplicaciones militares y al consecuente embargo al que Brasil es sometido en esta área. El modo es combinar sensores basados en otras tecnologías más accesibles como los sonares. Actualmente varias empresas están con prototipos o AUVs comerciales en Estados Unidos, Noruega y Japón.

Los AUVs son una opción a los ROVs más difundidos comercialmente porque no tienen la limitación de cables que necesitan ser largos, además de la operación ser perjudicada por las ondas y corrientes marítimas más próximas de la superficie. Entretanto, la falta de cables del AUV no permite que las imágenes captadas en el fondo del mar sean inmediatamente vistas por el equipo del barco  ellos pueden gravar las imágenes para su posterior análisis. En el proyecto de Barros está previsto que el robot navegue a una velocidad máxima de 2 metros por segundo (m/s). Los valores de los AUVs en operación varían de 1 a 2,5 m/s. El casco del modelo es de fibra de vidrio, pero puede ser hecho de aluminio, acero o titanio, desde que el material sea leve y resistente. El robot mide 1,8 metro de largura y tiene un diámetro de 0,24 metros.

Laurs: Ajuste para descender a 2.000 metros de profundidad, probado en una piscina de USP

JUAN ÁVILA/POLI-US Laurs: Ajuste para descender a 2.000 metros de profundidad, probado en una piscina de USPJUAN ÁVILA/POLI-US

En otro laboratorio de la ingeniería mecatrónica de la Poli, un grupo coordinado por el profesor Julio Cezar Adamowski realiza la integración y las pruebas en otro prototipo de robot submarino, proyectado para actuar en aguas profundas. Es el Laurs, sigla del Laboratorio de Ultrasonido y Robótica Submarina de la USP, que puede ser considerado un ROV porque posee un cable fino para el control remoto del vehículo y señales de video. O aún como un AUV, por llevar  baterías. Con un cable fino solo para la transmisión de datos, el movimiento del Laurs es más simple que un ROV convencional, dice Juan Pablo Julca Ávila, cursante de doctorado del grupo.

El Laurs fue pensado inicialmente para recuperar transponders en aguas profundas, alrededor de 2 mil metros de profundidad. Esos equipamientos hacen la señalización acústica para el posicionamiento de navíos de perforación de pozos de petróleo. El proyecto comenzó en el 2000, a partir de una iniciativa del Cenpes de la Petrobras y un equipo de investigadores del Departamento de Ingeniería Mecatrónica de la Poli-USP con apoyo financiero del Fondo Sectorial del Petróleo y Gas Natural (CTPetro). Además de la recuperación de transponders, el Laurs puede también ser adaptado para otras funciones como recolectar animales y plantas marinas. Él mide 1,2 metros (m) de ancho, 0,8 m de altura y 1,4 m de largura. El vehículo ya pasó por pruebas en el tanque de pruebas del Departamento de Ingeniería Naval y Oceánica de la Poli en la piscina del Centro de Prácticas Deportivas de la USP (Cepeusp) para identificación de los parámetros hidrodinámicos y prueba del sistema de control. Este año también serán instalados nuevos sensores para la navegación del robot y nuevas pruebas experimentales serán realizadas antes de ser llevado para el mar.

Entre tantos vehículos avanzados, probablemente, el decano de los robots acuáticos brasileños es el Jaú, que ya está en la segunda versión en preparación en la Facultad de Tecnología (Fatec) de Jaú. El Vehículo Sumergible No-Tripulado (VSNT)-Jaú I fue desarrollado entre 1995 y 1998, bajo la coordinación de los profesores Antonio Eduardo Amorim y Luís Alberto Sorani. La nueva versión, el Jaú-II, ya pasó por las primeras pruebas de análisis hidrodinámico en los tanques de prueba del IPT. Desde el primer modelo, el objetivo de los Jaús es el operar en actividades subacuáticas para análisis e inspección de obras como puentes, represas, además de verificar el casco de embarcaciones, cables sumergidos y condiciones del lecho de ríos. El Jaú I fue hecho con un presupuesto de cerca de 5 mil reales donado por el Consorcio Intermunicipal del Vale de los Ríos Tieté?Paraná y cuenta con dos alternadores de tractor convertidos para motor eléctrico. No tenía computador de abordo, pero llegó, en 1998, a una profundidad de 30 metros en una esclusa del río Tieté en la ciudad de Barra Bonita y obtuvo imágenes con una cámara de videocasete, recuerda. Él tenía un cable de datos y otro para las imágenes. Ahora el Jaú II tendrá solamente un cable, para transmisión de imágenes, vía cámara digital, y para la transmisión de datos y comandos. Tendrá un computador de a bordo para tornarlo autónomo, además de baterías de a bordo, dice Amorim. El Jaú II cuenta también con la colaboración del profesor Hélio Morishita, del Departamento de Ingeniería Naval de la Poli-USP, y del profesor Humberto Ferasoli Filho, de la Ciencia de la Computación de la Unesp de Bauru.

En los sistemas electrónicos que están siendo integrados está incluso un sistema de sonar y otro de láser para ser acoplado a las cámaras y determinar la distancia de obstáculos durante la navegación. El vehículo tendrá seis motores. Utilizamos un tipo de motor eléctrico usado en pesquería, que hace deslizar el barco cuando el motor principal es desconectado al aproximarse de un banco de peces. Nuestro robot es hecho con el mayor número de piezas adaptables y baratas disponibles en el mercado brasileño. La primera prueba del VSNT-Jaú II deberá ser hecha en algún río de la región central del estado en el inicio de 2008. Los investigadores creen que cuando este listo una empresa pueda interesarse en la transferencia de tecnología o los propios alumnos puedan montar una empresa y prestar servicios con el robot.

Los Proyectos
1. Desarrollo de tecnología para la inspección del túnel de aducción con un robot subacuático
2. Desarrollo de vehículos autónomos submarinos de baj coto. Parte A: maniobrabilidad y sistema de propulsión
3. Robot subacuático Laurs
4. Vehículo sumergible VSNT-Jaú II
Coordinador
1. Liu Hsu – Coppe-UFRJ
2. Ettore Apolonio de Barros – USP
3. Julio Cezar Adamowski – USP
4. Antonio Eduardo Assis Amorim – Fatec-Jaú
Inversión
1. 380.000,00 reales (Ampla-Aneel)
2. 78.750,00 reales (FAPESP)
3 . 300.000,00 reales (CTPetro-Finep)
150.000,00 reales (CTPetro-CNPq)
4. 55.560,00 reales (FAPESP)
Modalidad
2. Línea Regular de Auxilio a la Investigación
4. Programa de Apoyo a Jóvenes Investigadores

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