Submarinos autónomos

Los submarinos son vehículos que navegan sobre la superficie del agua, pero que también pueden sumergirse a diversas profundidades. A mitad de este 2023, el tema de los submarinos se volvió tendencia debido al Titan, un submarino que sufrió una implosión en aguas internacionales del Atlántico Norte, este era un vehículo tripulado usado para excursiones que se dedicaría a la investigación del Titanic, el famoso transatlántico de pasajeros que se hundió en estas mismas aguas en 1912.

Como recordarán, el resultado de esta exploración submarina no fue muy bueno, pues todos los pasajeros murieron en la misión. ¿La situación habría cambiado si hubieran explorado con un vehículo autónomo no tripulado? Definitivamente el riesgo de implosión para el vehículo sería el mismo; sin embargo, las personas hubieran estado a salvo.

Actualmente, en diversas partes del mundo, en el área de la investigación se ha implementado el uso de este tipo de vehículos submarinos autónomos (Autonomous Underwater Vehicles-AUV, por sus siglas en inglés). En este sentido, la comunidad científica trabaja en generar alternativas de este tipo de vehículos, pero orientados a una producción más económica (según un estudio de MarketsAndMarkets 2023, un AUV puede llegar a costar más de 4 billones de pesos); y, por otro lado, que sean más amigables con el ambiente haciendo uso de fuentes alternas de energía.

¿Qué son los vehículos autónomos?
Son aquellos que son capaces de imitar las capacidades humanas de manejo y control, dado que son capaces de percibir las condiciones del medio que le rodea y desplazarse según las decisiones generadas a partir del análisis de estas condiciones y las respuestas de sus algoritmos de control. Actualmente encontramos ejemplos de este tipo de vehículos a nuestro alrededor, por ejemplo, los automóviles comerciales que ya tienen la capacidad de estacionarse sin la intervención del conductor o los vehículos de la marca Tesla que pueden desplazarse de forma autónoma dentro de algunas ciudades y carreteras o incluso submarinos autónomos.

En Yucatán, un grupo académico de la Unidad de Energía Renovable del Centro de Investigación Científica de Yucatán (CICY), un centro del Conahcyt, construyó un prototipo de submarino autónomo (AUV_CICY) propulsado con energías renovables (no tripulable), que se utilizará en el monitoreo de los ecosistemas marina y proyectos relacionados al cuidado de distintos cuerpos de agua como los cenotes y océanos.

Tiene un diseño hidrodinámico novedoso con enfoque a la eficiencia energética. Lo anterior se traduce en que este vehículo se traslada de manera más efectiva en comparación con otros vehículos submarinos; de hecho, a través de análisis computacionales, se demostró que este vehículo necesita menos esfuerzo, esto se reflejó en un consumo de energía menor y, por lo tanto, el AUV_CICY tendrá más tiempo de autonomía para explorar diversas áreas. Además, sería capaz de:
• Analizar las condiciones de los arrecifes de coral.
• Monitorear a las especies invasoras, por ejemplo, el pez diablo y el pez león, entre otras especies que actualmente son un problema en algunos ecosistemas marinos.
• Monitorear el estado de depósito de desechos en las principales playas y puertos de Yucatán o Quintana Roo.
• Utilizar las tecnologías LiDAR (Light Detection and Ranging) o RADAR (Radio Detection and Ranging) útiles para mapear el fondo marino de las costas.

El AUV_CICY se abastece de energía renovable gracias a un sistema fotovoltaico instalado sobre un vehículo de superficie no tripulado-ASV (Autonomous Surface Vehicles, por sus siglas en inglés) tipo catamarán, el cual también se diseñó y construyó dentro de la institución.

Al día de hoy, el equipo de investigación del Laboratorio de Sistemas Híbridos del CICY está trabajando en el desarrollo e implementación del sistema de control principal y realizando pruebas en campo con el vehículo. Este sistema se está programando tanto en software como en hardware libre, lo cual reduce aún más los costos de fabricación. Los algoritmos de control diseñados para este sistema se basan en algoritmos de Inteligencia artificial (machine learning). El AUV_CICY y el ASV_CICY conforman una plataforma de monitoreo marítimo que se espera inicie sus primeros trabajos de exploración en el año 2024.

Obviamente, con resultados más alentadores que los que dieron la vuelta al mundo el 18 de junio de 2023, por la implosión del Titán.

Referencias

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• Parekh, D., Poddar, N., Rajpurkar, A., Chahal, M., Kumar, N., Joshi, G. P., & Cho, W. (2022). A review on autonomous vehicles: Progress, methods and challenges. Electronics, 11(14), 2162.
• Del-Rio-Rivera, F., Ramírez-Rivera, V. M., Donaire, A., & Ferguson, J. (2020). Robust trajectory tracking control for fully actuated marine surface vehicle. IEEE Access, 8, 223897-223904.
• Hinostroza, M. A., Xu, H., & Soares, C. G. (2019). Cooperative operation of autonomous surface vehicles for maintaining formation in complex marine environment. Ocean Engineering, 183, 132-154.
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• Sahoo, A., Dwivedy, S. K., & Robi, P. S. (2019). Advancements in the field of autonomous underwater vehicle. Ocean Engineering, 181, 145-160.
• Ignacio, L. C., Victor, R. R., Del Rio, R., & Pascoal, A. (2019). Optimized design of an autonomous underwater vehicle, for exploration in the Caribbean Sea. Ocean Engineering, 187, 106184.
• MarketsandMarkets (2023). The Autonomous Underwater Vehicle (AUV) Market by Shape (Torpedo, Laminar Flow Body, Streamlined Rectangular Style, Multi-hull Vehicle), Type (Shallow, Medium, & Large AUVs), Technology (Imaging, Navigation, Propulsion), Payload – Global Forecast to 2028″. Market Research Report.