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La tecnología de Fujitsu aprovecha la IA y los datos de drones submarinos para crear un 'gemelo digital oceánico'

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La tecnología de Fujitsu aprovecha la IA y los datos de drones submarinos para crear un 'gemelo digital oceánico' Imagen: Fujitsu
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El proyecto apoya la conservación marina y contribuye a iniciativas más amplias en favor de la neutralidad de carbono y la biodiversidad.

Fujitsu ha anunciado los detalles de una tecnología que utiliza LiDAR e IA para adquirir datos 3D de alta resolución de organismos y otras características naturales como arrecifes de coral, así como estructuras artificiales como infraestructuras de aerogeneradores en el mar con vehículos submarinos autónomos (AUV) como parte de sus esfuerzos de I+D para crear gemelos digitales oceánicos. Los gemelos digitales creados con esta tecnología permitirán a los investigadores estudiar reproducciones muy precisas de ecosistemas submarinos para predecir cambios en el medio ambiente, así como simular los posibles efectos de medidas de conservación.

La tecnología se basa en una técnica de medición en tiempo real desarrollada originalmente por Fujitsu para su "Judging Support System", desarrollado en colaboración con la International Gymnastics Federation (International Gymnastics Federation: Sede central: Lausana, Suiza. Presidente: Morinari Watanabe) para ayudar en el análisis de la gimnasia, que permite el escaneo desde AUV móviles incluso cuando las corrientes y olas agitadas dificultan las condiciones. La tecnología también aprovecha la IA de Fujitsu para la mejora de imágenes con el fin de corregir el color y aclarar las imágenes, lo que permite la identificación y medición precisas de objetivos de hasta varios centímetros, incluso en aguas turbias.

Para verificar la tecnología, Fujitsu realizó una prueba de campo en aguas cercanas a la isla de Ishigaki, en la prefectura de Okinawa (Japón), junto con el Instituto Nacional de Investigación Marítima, el National Institute of Maritime, Port and Aviation Technology (NMRI. Sede: Ciudad de Mitaka, Tokio. Director General: Minemoto Takemasa), adquiriendo con éxito datos 3D precisos para cartografiar arrecifes de coral.

De cara al futuro, Fujitsu pretende ampliar los objetivos de medición de esta tecnología para incluir las algas marinas, que absorben una gran cantidad de carbono azul (se refiere al carbono que absorben y almacenan los ecosistemas costeros y marinos.), creando un gemelo digital oceánico para los lechos de algas marinas para el año fiscal 2026. Esto ayudará a empresas y gobiernos locales a planificar medidas que incluyan la estimación del carbono almacenado en los lechos de algas, medidas para conservar y cultivar nuevos lechos de algas, e iniciativas para promover y conservar la biodiversidad en los arrecifes de coral.

Fujitsu tiene previsto presentar los resultados detallados del ensayo de campo en las Reuniones de Primavera de 2024 de la Sociedad Japonesa de Ciencias Pesqueras, que se celebrarán del 27 de marzo de 2024 (miércoles) al 30 de marzo de 2024 (sábado).

Aprovechar la tecnología digital y la IA para hacer frente a las amenazas urgentes a los océanos y la biodiversidad de nuestro mundo

Para apoyar los esfuerzos mundiales por combatir los efectos del cambio climático y preservar la biodiversidad de nuestros océanos, que cubren aproximadamente el 70% de la superficie de la Tierra, Fujitsu está trabajando en el desarrollo de una tecnología gemela digital oceánica que permita la verificación avanzada de las medidas relacionadas con el mar. El concepto de la tecnología gemela digital oceánica consiste en utilizar AUV y satélites para recoger datos relativos a las características del ecosistema, incluida la distribución de la vegetación y las formas tridimensionales de la vida submarina, como las algas y los arrecifes de coral, así como las estructuras artificiales que afectan a los recursos acuáticos y al medio ambiente marino. Fujitsu recopila estos datos para construir un modelo que cuantifique y simule los cambios en el entorno y el crecimiento de los organismos que componen el ecosistema marino y utilizarlo para la verificación preliminar de medidas relacionadas con el medio marino. Por ejemplo, para verificar previamente medidas relacionadas con el carbono azul, los datos 3D permiten a los investigadores determinar la biomasa de la vida vegetal en una zona determinada y calcular la cantidad de dióxido de carbono que absorbe. La biología también se incorpora para realizar simulaciones de series temporales del crecimiento de organismos submarinos. Esto permite simular los cambios en la absorción de dióxido de carbono cuando se adopta una determinada medida de conservación de los ecosistemas marinos, incluido el estado de crecimiento de los organismos submarinos, y verificar por adelantado la eficacia de las contramedidas contra el calentamiento global.

Para conservar los ecosistemas marinos y comprender la cantidad de absorción de dióxido de carbono, es necesario adquirir datos tridimensionales de alta resolución con una resolución (capacidad de un instrumento de medida para identificar magnitudes físicas. Se expresa como la distancia mínima entre dos puntos discernibles del objeto de medición) de varios centímetros, así como identificar los organismos submarinos y estimar su volumen. Sin embargo, las tecnologías existentes, como el sonar acústico, resultan insuficientes para esta tarea, con una resolución limitada a unos 10 cm debido a problemas como las limitaciones de anchura del haz.

Acerca de la tecnología desarrollada

1. Tecnología de IA para la mejora de imágenes que restaura el color y el contorno de objetos submarinos

Fujitsu ha desarrollado una tecnología de IA de mejora de imágenes que realiza un aprendizaje profundo optimizado para sujetos submarinos con el fin de crear imágenes 3D de alta resolución de organismos y estructuras submarinas, incluso a partir de imágenes tomadas de aguas turbias en las que el color está distorsionado y los contornos de los objetos borrosos. Esta tecnología consta de dos tipos de IA: una que consigue eliminar la turbidez y restaurar los contornos, corrigiendo el color original del sujeto y mejorando los contornos borrosos de los objetos objetivo para generar imágenes mejoradas antes de la conversión 3D. De este modo se evitan errores durante el procesamiento 3D y el reconocimiento del sujeto, lo que permite medir la forma de cada objeto.

2. Tecnología de medición 3D submarina que permite medir en 3D en tiempo real desde un AUV en movimiento

Para medir en 3D en tiempo real bajo el agua, Fujitsu adaptó una tecnología de muestreo de alta velocidad que utiliza la emisión láser de ciclo corto y el escaneado de alta velocidad, que desarrolló para su "Sistema de apoyo al juzgamiento", desarrollado en colaboración con la International Gymnastics Federation para ayudar en el análisis de la gimnasia. Además, Fujitsu presentó un dispositivo submarino Light Detection And Ranging (LiDAR. Tecnología que mide la distancia a un objeto y la forma del objeto emitiendo un láser hacia el objeto y captando la luz reflejada con un sensor de luz) que permite seleccionar entre tres longitudes de onda láser la adecuada para la medición en función de las condiciones del mar. Esto no sólo permitirá la medición tridimensional desde un submarino autónomo no tripulado en movimiento, sino que también posibilitará la medición de objetos en movimiento mediante el desarrollo de tecnología para seguir el movimiento de los objetos.

Para confirmar la eficacia de esta tecnología, Fujitsu, en colaboración con el NMRI, realizó una prueba de campo (realizado en aguas próximas a la isla de Ishigaki, prefectura de Okinawa, del lunes 22 al jueves 25 de enero de 2024) para recopilar automáticamente datos submarinos en tiempo real. Fujitsu equipó un sensor submarino que combina una cámara y un LiDAR para realizar mediciones 3D en tiempo real, integrándolo en el "sistema conectado AUV-ASV" (sistema de investigación submarina desarrollado por NMRI que transmite imágenes del fondo marino tomadas por un vehículo submarino autónomo (AUV) a un vehículo autónomo de superficie (ASV) a través de un cable de sujeción, y luego transmite las imágenes a un buque de investigación a través de Wi-Fi) desarrollado por NMRI. A partir de este experimento, se adquirieron con éxito en tiempo real datos 3D de alta resolución de objetos a escala centimétrica, incluidas tuberías instaladas bajo el agua y arrecifes de coral.

Planes de futuro

En el futuro, Fujitsu seguirá desarrollando tecnologías que puedan adquirir datos de forma fiable incluso en entornos difíciles (por ejemplo, fuertes corrientes y topografía irregular del lecho marino) y participará en medidas que se espera contribuyan a la descarbonización a partir de la promoción del crecimiento de algas marinas que absorben carbono. Los objetivos de medición se ampliarán para incluir inspecciones y acumular casos de uso. Basándose en los datos 3D medidos, Fujitsu desarrollará una tecnología de gemelos digitales oceánicos que realice simulaciones incorporando conocimientos de biología, ciencias medioambientales y otros campos. Fujitsu aspira a establecer alianzas con empresas, gobiernos locales y organizaciones que trabajan en medidas encaminadas a la neutralidad de carbono, y a apoyar a los clientes en la planificación de medidas utilizando la tecnología de gemelos digitales oceánicos. (Fujitsu)

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