Airalab ha estado investigando y desarrollando sistemas automáticos de monitoreo de agua desde 2018. El primer prototipo del dron de agua estaba destinado a demostrar la viabilidad de la idea, resaltar los matices técnicos durante los experimentos de campo y atraer la atención del público y las empresas. En 2019, la compañía decidió trasladar el desarrollo a la Universidad ITMO, donde, junto con nosotros, el personal de la Facultad de Sistemas de Control y Robótica, se inició la siguiente etapa. Nuestra tarea es crear los siguientes drones de agua tecnológicamente más avanzados y probar algoritmos de monitoreo automático. El objetivo final es una pequeña flota de drones capaces de realizar mediciones cooperativas en el agua. Ahora nos complace compartir las últimas noticias sobre el desarrollo de nuestra plataforma de monitoreo de agua.
¿Por qué es importante?
En las últimas décadas, la OMS ha notado los problemas de la contaminación del agua. Por ejemplo, en la Federación de Rusia estos problemas son muy actuales: se estima que el 75% de las aguas superficiales y el 50% de todas las aguas del país están contaminadas. A menudo se producen derrames accidentales de productos derivados del petróleo, una gran cantidad de petróleo ingresa al agua debido a una infraestructura petrolera defectuosa. Como muestran los eventos recientes, para responder rápidamente a los accidentes ambientales, los servicios deben obtener rápidamente información confiable. Los investigadores han estado señalando la efectividad de las plataformas robóticas para monitorear el agua y rastrear la contaminación desde el accidente de Fukushima.
Por último, pero no menos importante, el interés en la automatización del monitoreo es causado por la disminución de la confianza pública en los datos oficiales. Afortunadamente, con certificados de datos algorítmicos en un almacenamiento seguro, es posible no solo acelerar la verificación de la información, sino también aumentar la confianza y simplificar el enjuiciamiento de los responsables.
Desde el punto de vista científico, existe un gran interés en la navegación autónoma de drones, porque las características del entorno (corrientes, olas) complican la transferencia de desarrollos desde otras áreas. El problema del trabajo óptimo de una flota de múltiples agentes de tales drones está a la vanguardia de la investigación científica.
Resultados alcanzados
El principal desafío de diseño fue determinar las dimensiones del dron, ya que debe entregarse en el sitio de lanzamiento en automóvil. Las dimensiones del primer prototipo se redujeron significativamente para facilitar la carga y la entrega. Se eligió fibra de vidrio como material del cuerpo, ya que es más conveniente unir partes adicionales a dicho cuerpo. Para proteger la electrónica, se han agregado tres cajas selladas con sujetadores de liberación rápida y una escotilla sellada en la plataforma, lo que facilita el cambio y el mantenimiento de la electrónica.
Hablando de electrónica: el PIC18F4550 con un controlador USB incorporado fue elegido como un microcontrolador, de acuerdo con los modos de lectura configurados y los sensores calibrados. Los datos se escriben en la tarjeta SD.
Además, el desarrollo de software para el dron está en marcha. Los sensores se identifican mediante un protocolo especial que les otorga una firma digital única. Se creó el paquete de software de conectividad de sensores, que permite recopilar datos a través de los protocolos RS-232 y TCP y luego publicarlos.
Para proteger los datos después de la publicación de la falsificación en el sistema, se utiliza una combinación de dos tecnologías modernas de Internet, proporcionadas por la plataforma Robonomics. Estamos hablando del almacenamiento de IPFS orientado al hash y la cadena de bloques pública Ethereum. IPFS se asegura de que los datos no se modifiquen (de lo contrario, sus cambios hash). Gracias a , donde se publica el hash de los datos y la firma digital de su sensor, se registra que un sensor en particular ha publicado datos específicos en un momento específico.
Las tecnologías distribuidas resuelven el problema del punto único de falla y protegen los datos ambientales del pirateo y el fraude. Esto se demostró utilizando el ejemplo de software que visualiza en un mapa los datos ambientales obtenidos de IPFS con referencia a las coordenadas. En el caso de un dron de agua, podemos trazar su ruta atravesada o rastrear su movimiento en tiempo real junto con las mediciones del sensor.
Publicamos todos nuestros desarrollos en algoritmos para monitoreo automático en artículos científicos. En mayo de este año, se publicó en Frontiers in Robotics and AI, junto con colegas de Italia, el artículo "Monitoreo ambiental confiable por medio de redes de sensores en embarcaciones autónomas de enjambre y tecnología de contabilidad distribuida". Este artículo presentó nuestras ideas para la planificación de la trayectoria de un enjambre de drones de agua guiados por un avión no tripulado líder. Además, se presentó un artículo en el Congreso Mundial 2020 de IFAC sobre el seguimiento automático de isolina con un nivel químico peligroso en el agua.
La próxima fase de desarrollo está por venir, que incluirá la instalación de motores y equipos en el cuerpo del dron, así como el montaje de la electrónica diseñada.
