La Universidad Pompeu Fabra, en el marco de la Cátedra Fractus-UPF en Transferencia Tecnológica y 6G, y la Universidad de California en Irvine (UCI) están trabajando en la creación de un nuevo sistema tecnológico que permitirá, en caso de incendio, desplegar una flota de drones inteligentes, que trabajarán en red y de forma coordinada, para realizar automáticamente tareas de control y seguimiento del fuego.
La Universidad Pompeu Fabra, en el marco de la Cátedra Fractus-UPF en Transferencia Tecnológica y 6G, y la Universidad de California en Irvine (UCI) crearán un nuevo sistema tecnológico para desplegar redes de drones inteligentes en caso de incendio para automatizar las tareas de control del fuego. Este es uno de los principales objetivos del proyecto de investigación que han iniciado recientemente las dos universidades, de 2 años de duración y que es previsto finalizar en 2024.
El proyecto de investigación plantea soluciones para automatizar el uso de drones en caso de incendio basadas en la tecnología de la comunicación inalámbricas (wireless) y en la inteligencia artificial (IA). Los investigadores principales del proyecto son Àngel Lozano, director del grupo de investigación del Wireless & Secure Communications del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la Universitat Pompeu Fabra y de la Càtedra Fractus-UPF; y Hamid Jafarkhani, profesor de ingeniería electrónica y ciencias computacionales en la UCI de California. En la investigación, también participa el catalán Carles Diaz, investigador en ingeniería electrónica y ciencias computacionales a la UCI, entre otros colaboradores. La investigación también cuenta con el apoyo de la National Science Foundation de los EEUU y la subvención del programa ICREA Academia.
¿Por qué usar drones para controlar incendios?
La facilidad y flexibilidad para desplegar los drones puede ser especialmente útil cuando se tenga que controlar el fuego en condiciones adversas (por la noche, cuando el humo es espeso...) para evitar o minimizar los riesgos de seguridad para los profesionales, como los pilotos de los aviones de los equipos de emergencia. Además, pueden tener un papel importante en la recogida de los datos necesarios para desarrollar modelos dinámicos para predecir el comportamiento del fuego.
Hasta ahora, una de los hitos más importantes del uso de drones con este objetivo corresponde al dispositivo activado por el incendio de la catedral de Notre-Dame de París de 2019. En aquella ocasión, las imágenes obtenidas por dron ayudaron los equipos humanos a tomar muchas decisiones tácticas, claves para extinguir el fuego y reducir los daños. Desde entonces, se ha extendido el uso de drones equipados con cámaras fotográficas y rayos infrarrojos para diferentes objetivos, sobre todo la localización inicial de fuegos forestales, la vigilancia en las operaciones de extinción, la inspección de lugares de difícil acceso y el seguimiento del perímetro y progresión del fuego.
Superar las limitaciones técnicas de los drones actuales
A pesar de los avances logrados, esta tecnología todavía presenta fuertes limitaciones. Los drones se siguen activando manualmente y transmiten sus señales a una pantalla, que visualizan e interpretan los profesionales humanos. Además, los drones funcionan individualmente, es decir, no están integrados en una red ni coordinados con otros dispositivos similares.
Asimismo, en caso que se usen en incendios, la gestión manual de los drones es difícil, sobre todo a medida que el fuego se acerca a la localización de los equipos de emergencia. Esto supone algunos retos técnicos como la corta duración de su batería y su tiempo de vuelo limitado.
El proyecto de la UPF y la UCI quiere superar estas limitaciones y uno de sus principales retos es automatizar las trayectorias de los drones mientras se comunican con el centro de mando y control y los bomberos que trabajan sobre el terreno. El equipo de investigación también está trabajando para optimizar los algoritmos que determinan la trayectoria y despliegue automático de los drones. En este sentido, Àngel Lozano (UPF) explica: “Estamos investigando cómo superar algunas de las limitaciones técnicas actuales de los drones vinculadas a su consumo de energía y su capacidad de batería o recarga, o buscando mecanismos que eviten su colisión con otros objetos o que sufran interferencias con otras señales de comunicaciones”. Lozano se encuentra en estos momentos haciendo una estancia de investigación en la UCI, del mismo modo que Jafarkhani (UCI) también hizo una estancia previa en la UPF en Barcelona. Estas estancias contribuyen a reforzar el trabajo en red entre las dos universidades.
Con esta investigación, también se quiere facilitar que los drones aporten información sobre la localización inicial del fuego y otros datos de carácter preventivo, como las zonas habitadas o las infraestructuras próximas más próximas al foco del incendio.
El uso de la IA para mejorar el funcionamiento de los drones en caso de incendio
Para afrontar estas retos, Hamid Jafarkhani (UCI) explica que el equipo de investigación está aplicando una técnica de IA denominada Reinforcement Learning: “estudiamos cómo los agentes inteligentes tendrían que tomar acciones en un entorno para maximizar la recompensa acumulada sujeta a determinadas limitaciones”. En este caso, los agentes son los drones, el entorno es el creado por el incendio forestal, la recompensa es la cantidad de información recogida sobre el incendio (incluida la rapidez con la que se detecta) y las limitaciones incluyen todas las mencionadas anteriormente, sobre todo la necesidad de recargas frecuentes de la batería. A partir de esta técnica, se espera poder diseñar un sistema automatizado de drones en red para actuar en caso de incendio, en zonas forestales, urbanas o periurbanas, u otras emergencias (por radiación, fugas de productos químicos o biológicos, fenómenos meteorológicos extremos, etc.).
Drones inteligentes en un contexto de cambio climático con mayor riesgo de incendio
La investigación quiere aportar soluciones tecnológicas para hacer frente al riesgo de incendio creciente en el actual contexto de cambio climático. En California, el 2020 se batió el récord histórico de hectáreas quemadas, más de 800.000 según datos oficiales a raíz de la ola de calor del verano de aquel año, seguido del año 2021. En el caso del Estado español, este año se han intensificado el impacto de los incendios, incluso antes de la temporada de verano. Entre enero y mayo de 2023, se han quemado 47.785 ha. por incendios forestales, frente a las 16.494 del mismo periodo de 2022, según el Ministerio de Transición Ecológica. Los mayores incendios se han producido en las provincias de Cáceres, Asturias, Castellón y Lugo y no en Cataluña, que no ha seguido la tendencia al alza del conjunto del Estado en lo que llevamos de año. No obstante, Cataluña sí experimentó un fuerte aumento de las ha. quemadas en 2022 (5.834,66) respecto al 2021 (2.422,3), según datos de la Generalitat.
La Cátedra Fractus-UPF
La Càtedra Fractus-UPF de Tech Transfer and 6G nació en 2021 a raíz de un convenio de colaboración entre la Universidad y la empresa tecnológica Fractus. En el marco de esta cátedra, se organizan actividades de investigación, transferencia y formación sobre tecnología inalámbricas y sistemas 6G, para mejorar la velocidad de transmisión de datos y reducir el consumo de energía, así como para buscar soluciones de conectividad específicas en el ámbito del Internet de las Cosas (IoT).
(Universitat Pompeu Fabra)
