La Ibero apuesta por la robótica móvil aplicada en diferentes campos
Por Yureli Cacho Carranza
Ciudad de México. 28 de marzo de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- Recientemente, la Universidad Iberoamericana de la Ciudad de México puso en operación su Laboratorio de Análisis de Movimiento, dedicado a la investigación y desarrollo tecnológico del Departamento de Ingenierías del plantel, donde se imparten las licenciaturas de ingeniería biomédica, ingeniería en mecatrónica, así como producción e ingeniería en tecnologías de cómputo y telecomunicaciones, además de la maestría y doctorado en ciencias de la ingeniería, informó el jefe de Laboratorios de Ingeniería Electrónica de esta universidad, doctor Eduardo Gamaliel Hernández Martínez.
“Además de recibir recursos económicos de las coordinaciones de Ingeniería Electrónica y Biomédica de la Ibero, el laboratorio también se equipó con financiamiento otorgado por el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt)”, comentó en entrevista Hernández Martínez, quien es doctor en mecatrónica por el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN).
Dron de vigilancia para la Policía Federal
Entre los principales desarrollos de investigación en que han participado algunos alumnos, tanto de la licenciatura como de la maestría y doctorado en ciencias de la ingeniería, este último adscrito al Programa Nacional de Posgrados de Calidad con la industria (PNPC), está un proyecto que el Conacyt aprobó y consiste en la elaboración de un vehículo aéreo multirrotor no tripulado o dron, requerido a la Ibero por la División Científica de la Policía Federal.
Gracias al apoyo que se obtuvo por medio de la Convocatoria de Proyectos de Desarrollo Científico para Atender Problemas Nacionales 2013, especialistas en robots móviles y otras disciplinas construyeron una aeronave generadora de inteligencia, que la Policía Federal utilizará para captación de imágenes y videos en operativos de vigilancia.
El primer prototipo funcional de este vehículo aéreo multirrotor no tripulado tiene una autonomía capaz de volar hasta 40 minutos, cuenta con sistema de posicionamiento global (GPS, por sus siglas en inglés) y una cámara transmisora de alta definición. “Su capacidad de carga útil es de entre dos a siete kilos y 25 de carga total. “El proceso de construcción duró dos semanas, la mayor parte de su estructura es fibra de carbono compuesto y aluminio, materiales altamente resistentes y muy ligeros”, explicó Eric Hernández Montero, estudiante de la licenciatura en ingeniería mecánica y eléctrica de la Ibero.
El que la aeronave esté controlada por un ser humano permitirá tomar un plan de acción ante la detención de una persona, o bien, prestará ayuda por algún desastre natural para la localización de personas heridas o la recopilación de información visual de una zona de contingencia. Resultará eficaz para misiones de largo alcance al poder hacer reconocimiento de terreno, mapeo y regresar sin que sea necesario que permanezca cerca de la zona de conflicto, añadió.
“Este desarrollo inició en agosto de 2014 y concluirá en agosto de 2016. Cubrirá necesidades como protección de envío de datos; cuando se le esté agotando la pila podrá regresar a tiempo al lugar de donde salió. El proyecto busca a largo plazo solucionar situaciones de emergencia cuando uno de los rotores se averíe, pérdida de comunicación y el mejoramiento de algoritmos que optimicen la energía del vehículo aéreo”, dijo Hernández Martínez.
"Aunque la mayoría de los componentes electrónicos son importados, existen oportunidades de investigación y desarrollo tecnológico al tratar de optimizar el diseño estructural, la incorporación de algoritmos de control que complementen los controles piloto comerciales y el desarrollo de un programa informático o software en tierra que funcione como una estación de monitoreo, haciendo un diseño personalizado de acuerdo con las necesidades de la Policía Federal”, mencionó el jefe de Laboratorios de Ingeniería Electrónica, Hernández Martínez.
Punta de lanza
El ahorro de energía y estructura liviana de este dron para uso de la Policía Federal se logró con la optimización de algoritmos de control no lineal óptimo —operaciones que solucionan problemas—, gracias a lo cual esa aeronave puede ir de Santa Fe al Centro Histórico y regresar. Desde el punto de vista de investigación se abordan estrategias de control y estabilización, evasión de obstáculos y la combinación de sensores GPS con láseres y sonares (este último término se refiere a la navegación por sonido, técnica que usa la propagación del sonido bajo el agua principalmente, para comunicarse o detectar objetos sumergidos).
“El proyecto planteó primeramente la construcción y evaluación preliminar de algoritmos de control de drones de menor tamaño dentro del laboratorio, lo que derivó en la adquisición del sistema de captación de movimiento instalado en el nuevo Laboratorio de Análisis de Movimiento”, detalló el doctor Hernández Martínez.
Este proyecto con la Policía Federal constituye una antesala al estudio y elaboración de más prototipos. “La meta es adquirir las habilidades para la producción de estas aeronaves y en un futuro tener un grupo de robots aéreos capaces de coordinarse entre sí, porque entre más se tengan, pueden maximizarse las capacidades de detección u operación”, afirmó el también miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI) nivel I, Eduardo Gamaliel Hernández Martínez.
Coordinación de movimiento multirrobot
Otro de los proyectos de investigación de este laboratorio de la Ibero es la conexión e interacción de varios robots móviles —que teóricamente se define como estrategias de consenso de robots—, su objetivo es la realización de tareas colaborativas y para lograrlo se aplican estrategias de coordinación de movimiento por medio de algoritmos que resuelven problemas fundamentales como control de formación, control de marcha y evasión de colisiones.
“Pretendemos que nuestras aplicaciones multirrobots puedan utilizarse en sistemas de vigilancia, monitoreo, simulación de entes biológicos, detección de personas en zonas de desastre, etcétera”, refirió Hernández Martínez.
Como parte de este desarrollo se adquirió un sistema de captación de movimiento, mismo que no solo se utiliza en robótica para probar prototipos de robots en espacios interiores, porque también está perfilado hacia la animación por computadora y el diseño interactivo.
Este sistema de captación de movimiento comprendió la instalación de seis cámaras infrarrojas de alta velocidad (entre más cámaras mayor precisión), conectadas en red para detectar la posición de unos marcadores o esferas antirreflejantes que determinan la posición espacial de objetos en tiempo real.
“La posición y orientación se calcula a través de un programa o software que soluciona el problema de localización en robótica móvil, necesario para la prueba de seguimiento de trayectorias o coordinación multirrobot de cualquier tipo de robot móvil”, expuso Hernández Martínez.
Experiencia de alumnos en el laboratorio
Alexandro López González, estudiante del doctorado en ciencias de la ingeniería, trabaja en un proyecto que consiste en hacer robots con diferente tipo de motricidad: “robots terrestres movidos por ruedas de tipo uniciclo y omnidireccional, robots con patas como cuadrúpedos y robots aéreos como cuadricópteros”, indicó.
El objetivo de su tesis es la coordinación de multirrobots con el fin de que implementen diferentes algoritmos de consenso utilizando las mediciones de distancias y orientaciones relativas entre los robots.
“El Laboratorio de Análisis de Movimiento lo utilizo para la ubicación espacial de mis robots, determinar dónde están y darles información sobre hacia dónde tienen que moverse y coordinarse. Las aplicaciones que pueden tener son de búsqueda y rescate, carga de objetos pesados, mapeo en diferentes direcciones o localización de personas en edificios colapsados”.
Otro estudiante, Eric Hernández Montero, también participa en la colaboración de vehículos aéreos con robots en tierra. “De manera que se haga un enjambre colectivo que le permita a los drones llevar a cabo una rutina y que tengan su propia misión”.
En tanto, Pablo Paniagua Contro, alumno de la maestría en ciencias de la ingeniería, pretende crear un robot denominado multientorno o todoterreno, lo que significa que puede estar en agua, tierra y aire. “Quiero que sea lo más sencillo, al alcance de todos y con capacidad de interactuar en consenso con otros robots. Tendría usos como la movilidad de personas con discapacidad, transporte o entrega de paquetería”, concluyó.
Principales retos
"La universidad tiene mucho interés en impulsar toda la investigación que existe. Los prototipos robóticos que se han desarrollado sirven sobre todo para introducir a los alumnos de licenciatura a este tipo tecnología. La práctica experimental en robótica es muy importante para que los estudiantes se interesen y motiven a generar investigación en el tema", señaló el doctor Hernández Martínez.
Y dijo que lo que buscan es la fabricación y coordinación de robots a escala con diferente motricidad como cuadrúpedos, humanoides o con pequeños vehículos, para después poder construir robots a la medida que otorguen mayores beneficios y se ocupen en ambientes industriales, carguen cosas o realicen vigilancia perimetral, entre muchas otras posibilidades de uso.
El programa multidisciplinario en Ciencias de la Ingeniería de la Ibero y su visión de resolver problemas interdisciplinariamente, en donde químicos, físicos e ingenieros interactúan, “nos ha potencializado muchísimo en la formación de recursos humanos para que los resultados sean a favor de la sociedad, con el desarrollo de aplicaciones para la industria u otros servicios", finalizó el jefe de Laboratorios de Ingeniería Electrónica, doctor Eduardo Gamaliel Hernández Martínez.
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