Diseñan sistema para orientar drones en minas, túneles y zonas sin GPS

 Un sistema basado en cámaras, sensores y visión artificial permitiría que los drones mantengan la orientación y reconstruyan el entorno en tiempo real cuando las señales satelitales fallan. Durante las pruebas el prototipo redujo hasta en 40 % los errores de navegación frente a los métodos tradicionales basados solo en GPS.

Imagine un dron entrando a un túnel después de un derrumbe, recorriendo una mina subterránea o atravesando un cultivo cubierto por humo para detectar un incendio. En esos escenarios depender exclusivamente del GPS es como intentar caminar con los ojos vendados: un pequeño error puede desviar completamente la trayectoria.

Para resolver ese problema, el sistema desarrollado por Edwin Alexander Casallas Moreno, magíster en Ingeniería Mecánica de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), permite que el dron “entienda” el espacio que lo rodea utilizando referencias visuales del entorno.

El principio es similar a la forma en que una persona se orienta en un lugar desconocido: recuerda una puerta, una escalera o una ventana para saber dónde está y hacia dónde avanzar.

En lugar de depender de satélites, la aeronave utiliza cámaras capaces de identificar puntos clave del entorno —como esquinas, patrones, relieves u objetos— y compararlos constantemente para calcular su movimiento en tiempo real. Así, el dron reconstruye un “mapa visual” mientras avanza y corrige errores de posición durante el vuelo.

La arquitectura de navegación propuesta utiliza cámaras, sensores y algoritmos de visión artificial para mantener la orientación incluso en los entornos en donde las señales satelitales desaparecen o pierden precisión.

Para las pruebas, el investigador adaptó un dron cuadricóptero al que le incorporó cámaras Intel RealSense D435i, sensores de movimiento y sistemas de procesamiento capaces de interpretar el entorno en tiempo real.

Luego, el prototipo se evaluó en entornos virtuales desarrollados sobre ROS y RViz —plataformas utilizadas en robótica para simular navegación autónoma— y después en vuelos experimentales realizados en espacios controlados, en donde se debía desplazar, detectar obstáculos y mantener la orientación incluso sin señal GPS.

Soluciones desde la UNAL

Detrás de este desarrollo trabajan sistemas de odometría visual y algoritmos de localización y mapeo simultáneo (SLAM), tecnologías de robótica avanzada que les permiten a las máquinas autónomas ubicarse y desplazarse en espacios complejos.

Durante las pruebas, el dron logró mantener una trayectoria estable incluso sin señal GPS, con márgenes de error cercanos a 1 m frente a la ruta real de navegación. En otras palabras, aun sin ayuda de satélites, el dron podía calcular su posición con una diferencia aproximada de 1 m respecto a su ubicación real.

Uno de los aportes más importantes del proyecto fue el desarrollo de un esquema de “control distribuido”: en vez de depender de un único computador central, distintos módulos del dron —como cámaras, sensores y controladores de vuelo— procesan información de manera coordinada y comparten datos constantemente para tomar decisiones.

La lógica se parece más a un equipo de trabajo que a una sola máquina dando órdenes, lo que quiere decir que mientras unos componentes detectan obstáculos otros calculan trayectorias y otros más corrigen la estabilidad del vuelo en tiempo real.

Aunque en Colombia este tipo de desarrollos todavía están especialmente en etapas de investigación, en países como China ya existen aplicaciones similares para minería automatizada, inspección de infraestructura y monitoreo remoto de operaciones industriales.

“En China ya se utilizan sistemas autónomos para operar maquinaria minera y apoyar obras de infraestructura. En agricultura, sus aplicaciones van desde monitorear cultivos y aplicar fertilizantes hasta detectar incendios o analizar el estado del terreno en tiempo real. La expansión de estas tecnologías ya no es una posibilidad lejana sino una transformación que avanza rápidamente”, asegura el investigador Casallas.

El avance de sistemas autónomos como este tendría aplicaciones futuras en atención de emergencias, monitoreo ambiental, inspección de obras civiles y exploración industrial.

Mapean zonas de amenaza por movimientos en masa submarinos en el Caribe colombiano

 Bajo las aguas de la cuenca Sinú Offshore, o en ultramar –ubicada entre Cartagena y Arboletes (Antioquia)–, se encuentran cables de fibra óptica que garantizan la conectividad de millones de personas, tuberías que transportan gas y petróleo, y plataformas que sostienen la producción energética del país. Un estudio identificó que en esta importante región para la infraestructura submarina los espacios con susceptibilidad media y alta de movimientos de masa se localizan en el occidente y noroccidente, donde la actividad geológica es más intensa.

La cuenca Sinú Offshore también es una de las áreas más complejas porque se encuentra justo en el cruce de tres placas tectónicas: la del Caribe, la de Nazca y la Sudamericana, que provocan un sistema de fallas que hace que el terreno submarino pierda estabilidad, y por ende que sea más propenso a los deslizamientos.

Los estudios sobre los deslizamientos submarinos son relativamente nuevos en el país, y por eso David Styman Rodríguez Contador, magíster en Ingeniería Civil - Geotecnia de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), le apostó a realizar este estudio pionero en esta cuenca, mapeando las áreas de susceptibilidad alta, media y baja que ayudarían a identificar escenarios para mitigar y prevenir estos eventos.

“Hasta ahora los estudios se han enfocado más en la morfología marina, por eso consideramos importante analizar los posibles estadios de amenaza para tener un primer acercamiento a escala 1:50.000 y así poder plantear escenarios de riesgo mediante un estudio de vulnerabilidad”, aclara el investigador en su estudio determinó las siguientes zonas:

• Alta amenaza: zonas del oriente y nororiente de la cuenca que tienen pendientes inclinadas cercanas a fallas geológicas y colinas con suelos antiguos (del Pleistoceno), propensas a inestabilidad del terreno. También predominan los flujos de detritos, que son residuos generados por la descomposición de materia orgánica, así como los deslizamientos complejos.
• Amenaza media: en el corredor central se identificaron las terrazas y los cañones submarinos, volcanes de lodo y laderas poco inclinadas, donde los deslizamientos combinados son los más frecuentes. También se evidenciaron flujos de detritos y algunos movimientos rotacionales. Aunque la inestabilidad es menor que en los escenarios de amenaza alta, con el tiempo estos procesos pueden modificar el relieve submarino.
• Baja amenaza: se situó hacia el occidente y corresponden a las áreas profundas y alejadas de fallas, con fondos planos y estables. En ellas no hay presencia de deslizamientos significativos, y solo se observan algunos flujos de material suelto en menor medida. En general, estas zonas moldean condiciones más seguras y con poca alteración del lecho marino.
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  “Los datos que obtuvimos muestran que la actividad geológica es más intensa en geoformas más pronunciadas que en otras. Por eso uno de los retos es poder usar estos y otros resultados como herramientas que ayuden a tomar decisiones o que den origen a otros estudios”, precisa el magíster de la UNAL.

  La “radiografía” del fondo marino

  Para llegar a esos resultados, el ingeniero Rodríguez recopiló información batimétrica, es decir la topografía del lecho marino, y datos ya interpretados de reflexiones y tomografías sísmicas, que evidenciaron cuerpos de deslizamientos. También usó registros de campañas de exploración realizadas previamente en la zona.

  Aclara que, “esta información fue la que nos permitió ver cómo estaba moldeado el terreno submarino a través de modelos de elevación digital (DEM) y de patrones geomorfológicos. Lo que se puede deducir es qué tan profundo y qué geoformas tallan el terreno”.

  Con estos insumos y estudios científicos, realizados previamente en este sitio, propuso un mapa geomorfológico y uno geológico a escala 1:50.000 (significa que un centímetro en el mapa representa 50.000 cm, o 500 m en el suelo), para comprender mejor el entorno submarino de la cuenca Sinú Offshore.

• “Estructuralmente, la cuenca esta esculpida por sierras homoclinales caracterizadas por capas de rocas que se inclinan en una misma dirección, por valles de morfología cóncava (que se curva hacia adentro) y alargadas, moldeadas por deformaciones tectónicas, volcanes de lodo y una extensa llanura plana o abisal hacia el fondo, estos elementos fueron indispensables para determinar la susceptibilidad a deslizamientos”, dice el magíster.

  Luego propuso una forma de clasificar la susceptibilidad por eventos de remoción en masa, combinando las variables mismas del terreno como la geología, la geomorfología, las pendientes, la densidad de fallas, la elevación y hasta la orientación de las pendientes del fondo marino. Según comenta, para hacerlo utilizó dos modelos estadísticos llamados “método peso de evidencia” y “método de valor de la información”, que le ayudaron a identificar las áreas con mayor probabilidad de presentar deslizamientos.

  Aunque estos son los primeros resultados generados hasta el momento, el ingeniero tiene claro que aún queda mucho por hacer. En la revisión de la literatura, que fue el punto de partida de su estudio, identificó que faltaban muchos datos, especialmente sobre las propiedades y características del suelo y las rocas, que son importantes para entender el comportamiento del mismo suelo en estos ambientes.

  “Este estudio es un punto de partida, pero la idea es que otras investigaciones lo complementen y profundicen en los factores que influyen en estos deslizamientos”, concluye el investigador Rodríguez.

Habitantes de zonas costeras, en riesgo por contaminación de mercurio y microplásticos

 El análisis de 2.000 peces del Pacífico colombiano evidenció que todos presentaban algún nivel de mercurio en sus tejidos; sin embargo, por contener menos de 0,5 µg/g (microgramos por gramo) no representan un problema para la salud humana, siempre y cuando se consuman una o máximo dos veces por semana. Las poblaciones costeras, en donde todos los días se come pescado, afrontarían un potencial peligro si no se toman medidas. La investigación se extenderá al Caribe.

El proyecto de investigación intersedes “Evaluación del efecto de la contaminación por metales pesados en la biodiversidad y dinámica ecosistémica para identificar riesgos por consumo de organismos marinos en la bahía de Buenaventura”, adelantado por la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), se centra en la contaminación por mercurio (se estudiaron 2.000 individuos) y la presencia de microplásticos (partículas de plástico menores a 5 mm hasta tamaños imperceptibles) en pescados de la zona (800 individuos).

Entre las más de 50 especies analizadas se encuentran ñato, canchimala común y canchimala blanca, y especies de la familia de las corvinas, como el cajero o pacora.

A diferencia de la presencia de mercurio en los tejidos del 100 % de los individuos estudiados, solo el 50 % de los peces tenían microplásticos en su tracto digestivo, en particular bagres de mar y corvinas, fundamentales para el sector pesquero local, tanto  artesanal como comercial.

“Algunas de estas especies mostraron una disminución del 25 % de su peso en relación con su tamaño, lo que quiere decir que están reemplazando su alimento por los microplásticos, lo que afecta su salud, y de paso, por la cadena alimenticia, afectaría a las personas”, afirma el profesor Guillermo Duque Nivia, líder del Grupo de Investigación Ecología y Contaminación Acuática.

La población costera que se alimenta a diario con estas especies corre un riesgo potencial de exposición a niveles peligrosos de mercurio, en especial las familias de los pescadores, que son quienes más las consumen. “No obstante, según estudios previos, los índices detectados en la bahía de Buenaventura se mantienen bajos frente a los de otras regiones, como la bahía de Cartagena”, explica el académico.

“Esto se puede atribuir, en parte, a que allí la actividad minera de oro es más baja que en Chocó y la parte norte del país; sin embargo es preocupante, ya que el mercurio es persistente y se mantiene en los ecosistemas por décadas aunque se detengan los vertimientos, y se activa cuando se hacen dragados, los cuales son comunes en la bahía de Buenaventura”, amplía.

Ante la magnitud del problema, los investigadores desplegarán el estudio a regiones de la costa Caribe, incluyendo muestras de Santa Marta, en un nuevo proyecto intersedes que se adelantará con la UNAL Sede La Paz y la Universidad del Atlántico y que permitirá comparar los niveles de contaminación entre Caribe y Pacífico, un estudio pionero en el país.

Para el investigador Duque, “ante la necesidad de comprender y abordar la contaminación ambiental en Colombia, este nuevo proyecto garantizará un enfoque multidisciplinario y la comprobación de los resultados en las zonas costeras del país”.

Los hallazgos obtenidos hasta ahora proporcionan una base sólida para futuras políticas y programas de mitigación, y también para crear conciencia pública a industrias, turistas y habitantes locales sobre los peligros de estos contaminantes y la urgencia de tomar medidas.

A fin de evaluar la contaminación por mercurio, para este nuevo proyecto la UNAL adquirió un innovador equipo que permite medir directamente el metal en el músculo de los peces, eliminando la necesidad de preparación química y reduciendo posibles errores. Esta innovación tecnológica garantizará mediciones precisas y eficientes.

Según el profesor Duque, “antes todas las muestras para analizar mercurio se procesaban en el Laboratorio de Toxicología de la Universidad de Córdoba, dirigido por el profesor José Marrugo, nuestro asociado académico para ese tipo de análisis, pero ya contamos con el equipo DMA80, que es el medidor directo de mercurio, adquirido gracias a la gestión –por mucho tiempo– de los recursos necesarios”.

En cuanto a la detección de microplásticos, se empleará un equipo, proporcionado por la Universidad del Atlántico, que permite determinar con precisión la presencia y el tipo de estos contaminantes en las muestras, teniendo en cuenta que se trata de un área nueva, y que aunque su conocimiento ha crecido en los últimos años, todavía falta mucho por determinar el efecto en los organismos.

Horno solar portable y barato para zonas sin energía eléctrica

 “Ponerle fin al hambre” fue la motivación de cuatro estudiantes de la Facultad de Minas de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín para construir un horno solar portable de bajo costo que permita aprovechar la energía solar y cocinar alimentos en lugares donde no hay cobertura eléctrica.

Jaime Andrés Moncayo, Luis Carlos Mendoza, Salomón Pérez Atencia y Etienne Mayer –estudiante de intercambio de Francia– son los cuatro alumnos de Ingeniería Mecánica que fabricaron este artefacto con el fin de atender las necesidades de poblaciones que se encuentran Zonas No Interconectadas (ZNI) a las principales redes de distribución de energía eléctrica en Colombia.

Para diseñar el horno, los estudiantes escogieron el modelo parabólico, puesto que su superficie permite una mejor reflexión de los rayos solares hacia el recipiente de comida.

El horno solar consta de 3 partes principales: la estructura o base metálica de soporte giratorio; la parábola de cartón, cubierta con papel aluminio, que permite la entrada de energía solar y la concentra en la zona de cocción, y el sistema de frenado –impreso en 3D– que ayuda a fijar la estructura giratoria en un ángulo específico.

Las personas deben ubicar el horno en un área abierta donde lleguen los rayos solares. Después rotan la parábola en dirección al sol y sueltan el gancho de freno para estabilizar la superficie. Por último, ubican el recipiente con el alimento que desean cocinar y esperan un tiempo estimado de 20 a 30 minutos; la duración depende de la condición climática.

Los estudiantes pusieron a prueba la funcionalidad del horno cocinando un huevo. “Estuvo entre 30 y 45 minutos ya que el clima no fue el más favorable pues esos días llovía y venteaba en Medellín, pero el horno funcionó aún con el factor climático en contra; esto también depende del alimento”, explicó el estudiante Moncayo.

Inspirados en modelo africano

“La idea inicial fue de nuestro compañero de intercambio Etienne, quien se inspiró en un proyecto de horno solar portable que vio en África Central, el cual aprovecha la energía solar para cocinar alimentos en lugares donde no hay energía eléctrica”, indicó el estudiante Moncayo.

“Estábamos pensando en aquellas comunidades que no están interconectadas y tienen buena irrigación solar, donde se tienen necesidades para preparar los alimentos”, agregó el estudiante.

Según la Comisión de Regulación de Energía y Gas (CREG), las ZNI son aquellos municipios, corregimientos y localidades que no tienen energía eléctrica.

Algunas de estas zonas son el Archipiélago de San Andrés, Providencia y Santa Catalina, Leticia (Amazonas), Capurganá (Chocó), Puerto Carreño (Vichada) y Mitú (Vaupés).

En las ZNI la prestación del servicio se hace especialmente mediante plantas diésel, paneles solares y pequeñas centrales hidroeléctricas. Sin embargo, solo 20 de los 32 departamentos que conforman la división política en Colombia tienen este servicio, es decir que 12 de ellos no tienen ningún tipo de cobertura en sus territorios.

“Por eso el aprovechamiento de energías renovables en estas zonas es una excelente alternativa para las comunidades que habitan en ellas”, manifestó el estudiante Mendoza.

Este horno solar portable responde a la necesidad de aumentar la velocidad de cocción a un bajo costo, para que las personas la puedan implementar a escala grande o pequeña en esas comunidades.

El principal desafío para la fabricación del horno fue la crisis social que atravesaba el país en ese momento. Las protestas dificultaron el acceso a los laboratorios de la Universidad.

“Por la pandemia las clases fueron virtuales, así que los cuatro estábamos en distintas ciudades –Salomón en Sincelejo, Luis en Montería, Etienne en Francia y yo en Medellín–, y por las protestas fue difícil transitar por la ciudad”, recuerda Jaime Andrés.

Sin embargo, la buena coordinación y el trabajo en equipo fueron factores clave para construir este proyecto. Además el apoyo de la Universidad y del docente Nelson Antonio Vanegas fue fundamental.

“Sí, se pueden hacer las cosas, incluso desde la virtualidad. Lo principal fue la comunicación”, expresó Luis Carlos.

A lo largo del proceso los estudiantes experimentaron distintas dificultades que “pudimos superar con ingenio”, incluso tuvieron que hacer reingeniería y rediseño para lograr mejoras en el producto.

Por último, recalcan la importancia de su labor como ingenieros para pensar en soluciones que aporten a problemas ambientales y sociales.

" 2015 ENCUENTRO CON LA NATURALEZA"

SEGUNDA PARTE SOBRE EL TEMA  DE LA QUINUA

LA SEGURIDAD ALIMENTARIA ES UNA PREOCUPACIÓN!!

 

BioversityInternational y el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT) están en capacidad y disposición de acompañar al MADR en el desarrollo de la cadena de valor de la quinua en Colombia, en el contexto de una plataforma nacional de actores. A través de esta plataforma, el MADR podrá convocar a los actores de la cadena, fortalecer sus capacidades y empoderarlos para la acción individual y colectiva. La plataforma también será el espacio a través de la cual los actores accederán a tecnologías, información actualizada, metodologías, buenas prácticas y oportunidades de negocio, que les permitirán cultivar y procesar quinua eficientemente, elaborar productos de valor agregado y posicionarse en el mercado nacional e internacional, en condiciones favorables. 

Pequeños agricultores de los Departamentos de Cauca, Nariño, Boyacá, y algunas zonas de Cundinamarca y Antioquia están haciendo esfuerzos para producir quinua en Colombia. Algunas universidades y ONG han hecho estudios de composición nutricional y de factibilidad de producir quinua y productos derivados de ella; otras como la Universidad de Antioquia están desarrollando productos a base de quinua y la Universidad de los Andes quiere desarrollar un programa de emprendimientos a partir de la quinua. Existen intentos deasociatividadtanto de agricultores como de comercializadores, siendoFedequinuael más consolidado pero todavía con margen para mejorar. Todos estos esfuerzos, sin embargo, están desarticulados y el conocimiento generado ha tenido poca divulgación. Incluso el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (MADR) ha hecho esfuerzos por establecer una Mesa Nacional de la Quinua, cuyo avance se vio interrumpido en 2013, pese al interés de los actores en conformar una cadena de valor eficiente. Más recientemente, el MADR ha mostrado interés en incluir la quinua como cultivo de rotación en zonas de tierra fría, en el marco de la Mesa de Rotación de Cultivos de Tierra Fría, a la cual ha vinculado a algunos actores de la Mesa Nacional de la Quinua. Si estos esfuerzos se articulan, e incluyen a los productores de quinua de los Departamentos mencionados arriba y a una diversidad de actores en la cadena, Colombia podría producir quinua con mayor eficiencia, acceder a mercados y posicionarse en ellos, agregar valor a los productos y en consecuencia mejorar los medios de vida y el nivel nutricional de las familias tanto de los agricultores como de los consumidores de quinua. 

La demanda internacional por quinua, que proviene de los Estados Unidos, de varios países de Europa, de China, India y Brasil, ha venido creciendo vertiginosamente en los últimos 5 años, al igual que el precio por tonelada, que ha ido de US$ 800 a US$ 3200. En tanto el cultivo es rústico, el costo de producción es bajo, y se concentra principalmente en semilla y mano de obra. En el Cauca, por ejemplo, el costo de producción por tonelada en finca se estima hoy en unos US$ 500. La productividad en este Departamento se podría incrementar con el uso de semilla mejorada y aplicando buenas prácticas de cosecha,poscosechay procesamiento. Pese a que Bolivia es el principal exportador mundial de quinua, el país tiene limitadas posibilidades  

de incrementar la oferta debido a que el cultivo se hace en suelos frágiles con poca materia orgánica. Este hecho ofrece una oportunidad a países como Colombia para generar tanto una  oferta para exportación, aprovechando también los Tratados de Libre Comercio, como otra para satisfacer el mercado nacional, donde el grano se está vendiendo en supermercados de cadena a un promedio de US$ 10.00 por kg.

Para información adicional, contactar enBioversitya Margarita Baena (m.baena@cgiar.org) yMatthiasJager(m.jager@cgiar.org), y en CIAT aElcioGuimaraes(e.guimaraes@cgiar.org).  

        

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