El anuncio de ese atractivo desafío ha servido de punto final al evento bautizado The Twilight Conference, organizado por Monodon, la unidad de innovación disruptiva de la empresa pública Navantia. El nombre elegido para las jornadas técnico-científicas celebradas entre el 21 y el 22 de noviembre tenía una poderosa razón de ser: la zona Twilight (o mesopelágica) es aquella área oceanográfica situada entre los 200 y los 1.000 metros de profundidad.
El reto fue desvelado al final de la nutrida serie de ponencias por Patricia Sierra, jefa de Innovación en Monodon, y por Daniel García González, jefe del MultiBioStructures Lab de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) y engloba seis campos multidisciplinares diferentes.
“Buscamos fomentar y explorar las sinergias de todos los campos multidisciplinares para intentar converger en un robot submarino blando y bien definido”, explicó García González delante de las cámaras.
Los seis campos de investigación sobre los que gira el desafío lanzado por Monodon son los siguientes. Los aspirantes podrán centrarse en uno o en varios de ellos:
- – Locomoción acuática bioinspirada.
- – Estructuras flexibles para ambientes submarinos.
- – Materiales y métodos de fabricación adecuados para ambientes submarinos.
- – Capacidades de detección.
- – Funcionamiento autosuficiente y energéticamente eficiente.
- – Comunicación óptica submarina.
1.- Locomoción acuática bioinspirada: Se buscan mecanismos de propulsión diseñados para aplicaciones submarinas de robótica blanda. Se aceptarán estudios centrados en diseños bioinspirados, ya sea a través de innovaciones químicas, estructurales o funcionales. Las principales áreas de interés incluyen la biomecánica e hidrodinámica de organismos nadadores, correlacionando anatomía, movimiento y comportamiento de locomoción; el diseño bioinspirado de robots blandos que utilizan diversos modos de locomoción acuática (movimiento ondulatorio, aleteo de aletas, propulsión a chorro, etc.).
2.- Estructuras flexibles para entornos submarinos: El objetivo es crear metaestructuras y otras estructuras funcionales para desarrollar diseños adaptables que satisfagan las demandas de los entornos submarinos. Las áreas de investigación incluyen estructuras reactivas y flexibles que puedan responder mecánicamente y adaptarse a las demandas ambientales. Por ejemplo, las aletas que se adaptan a un mayor flujo de agua pueden mejorar la estabilidad y la maniobrabilidad; o secciones del casco que cambian de forma y pueden agilizarse o expandirse según las necesidades de movimiento. También se buscan materiales y estructuras con rigidez ajustable para crear piezas que se endurezcan o ablanden según sea necesario durante diferentes escenarios de deformación. Por ejemplo, un cuerpo más blando y flexible para circular por espacios reducidos puede endurecerse para resistir corrientes fuertes o turbulencias.
3.- Materiales y métodos de fabricación para entornos submarinos: En otras palabras, métodos de fabricación de materiales flexibles, con especial atención a la fabricación aditiva, es decir, a la impresión 3D. Interesa la bioincrustación, que afecta el funcionamiento y el mantenimiento a largo plazo, y los procesos de fabricación subacuáticos que atienden los desafíos específicos del entorno sumergido.
4.- Capacidades de detección: Componentes sensores para mejorar las capacidades sensoriales submarinas y la eficiencia estructural; y la integración de estos sistemas con algoritmos de Inteligencia Artificial para gestionar su procesamiento. Las áreas de interés en este capítulo comprenden el llamado flujo óptico biológico (SLAM), es decir, el uso de información visual (flujo óptico) para comprender la velocidad relativa y la distancia de los objetos, lo que ayuda a evitar obstáculos y orientarse. También interesan la visión artificial para AUVs, los conjuntos de sensores que recogen datos físicos y químicos relevantes o las herramientas computacionales para optimizar el diseño y distribución de estos componentes dentro de los robots bioinspirados.
5.- Funcionamiento autosuficiente y energéticamente eficiente: La meta es que los drones submarinos bioinspirados operen de forma autosuficiente y energéticamente eficiente, lo que impulsa la investigación en estrategias de gestión energética que respalden su autonomía a largo plazo. Eso se focaliza, entre otras áreas, en herramientas de IA para procesar la información de detección y proporcionar retroalimentación rápida al robot.
6.- Comunicación óptica submarina: Esta está limitada por el alcance y las condiciones ambientales, su capacidad para transmitir grandes volúmenes de datos con un retraso mínimo la convierte en una herramienta poderosa para aplicaciones submarinas de corto alcance, particularmente cuando un alto ancho de banda y una baja latencia son esenciales. En este capítulo son muy importantes la elección de la longitud de onda, la potencia de salida y la divergencia del haz.
El reto, de un año de duración, culminará con la elección de ganadores en tres categorías, que recibirán, respectivamente, apoyo de los promotores para publicar su investigación, para investigar su propuesta en laboratorio o para desarrollar un prototipo.
“La robótica submarina tendrá un enorme potencial para aplicaciones científicas, de exploración o de vigilancia de infraestructuras críticas submarinas. Aprender de la naturaleza y desarrollar vehículos bioinspirados permitirá incrementar la eficiencia energética, las capacidades de sensorización y la maniobrabilidad. Por otro lado, la investigación en nuevos materiales es esencial para la adaptabilidad y supervivencia de estos dispositivos en condiciones submarinas de presión elevada”, explicó Sierra.
La Twilight Conference reunió a los expertos en sesiones de mañana y tarde durante dos días en el Canal de Experiencias Hidrodinámicas de El Pardo (CEHIPAR), perteneciente al Instituto de Técnica Aeroespacial (INTA). Contó con científicos de Japón, Estados Unidos, Australia, Reino Unido, Países Bajos, Portugal, Dinamarca y España; algunos de ellos, de lo más relevantes a nivel global en materias como nuevos materiales, biomateriales y nanomateriales; robótica bioinspirada; robótica blanda, mecanismos blandos y basados en fluidos; computación neuromórfica y autonomía robótica; y comunicación submarina y enjambres de drones.
“Los robots submarinos se han convertido en una herramienta esencial para explorar, monitorizar y mantener el medio ambiente y las infraestructuras que han construido los humanos. Dado que el océano cubre el 70% de la superficie del planeta, juegan un papel destacado en resolver los misterios del mar profundo y los complejos retos relacionados con la conservación del océano, la gestión de los recursos, la protección del medioambiente y la seguridad y la defensa de nuestras infraestructuras y fronteras”, afirmó Cecilia E. García Cena, profesora de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), y presentadora de la primera mesa.
Las duras condiciones del océano profundo como las altas presiones, las bajas temperaturas y la poca gravedad hacen difícil y azarosa la exploración humana. Los robots, sin embargo, son capaces de alcanzar esos puntos inaccesibles para los humanos y ofrecen la posibilidad a los científicos de estudiar los ecosistemas marinos, la biodiversidad, las características geológicas que de una u otra forma estarían fuera de alcance.
García Cena introdujo al profesor João Sousa, profesor de la Universidad de Oporto, quien trabaja en un laboratorio de sistemas y tecnologías subacuáticas portugués, diseñando, construyendo y desarrollando UXVs (vehículos no tripulados terrestres, aéreos y submarinos) para servicios oceánicos y operaciones de seguridad y defensa. Estos servicios precisan una organización complicada para que resulten eficaces pues son sistemas de sistemas donde entran en juego activos (unidades) marinas resistentes a la corrosión, interoperables, modulares y con software y hardware comunes. Algunos de ellos son exóticos como un octocóptero capaz de amerizar.
Sousa presentó durante su conferencia la spinoff OceanScan que comercializa vehículos submarinos autónomos ligeros (LAUVs). Y se refirió al Centro de Operaciones Atlánticas que dispone de un variado conjunto de drones aéreos y submarinos. Aludió, asimismo, hablando de operaciones con múltiples sistemas, al ejercicio anual REPMUS, acrónimo de Robotic Experimentation and Prototyping using Maritime Unmanned Systems, organizado por la Universidad de Oporto, la OTAN, la Marina portuguesa para evaluar y testar en escenarios operativos sistemas de vehículos y su interoperabilidad con la participación conjunta de la academia, la industria y las fuerzas armadas. En septiembre de este año participaron 23 países, incluida España más siete como observadores.
También citó Sousa en su exposición el proyecto Juno de exploración robótica en aguas marinas, que se desarrolla desde Oporto hasta Azores, donde colabora el prestigioso MIT, con un vehículo autónomo de superficie sostenible, el AutoNaut, para propósitos científicos, y con el objetivo de tener una “presencia robótica sostenida” en el océano Atlántico.
Finalmente nombró el proyecto Digital Ocean creado por el Consejo Asesor de Innovación de los Sistemas Marítimos no Tripulados de la OTAN. Fue diseñado para mejorar la capacidad de los aliados de “ver nuestros océanos” mediante la creación de una red de sensores a escala mundial, desde el lecho marino hasta el espacio, para predecir, identificar, clasificar y combatir mejor las amenazas. EL Digital Ocean prevé el conocimiento del dominio marítimo, mediante sensores submarinos, buques de superficie no tripulados, drones y satélites, y explota la IA, el big data y los sistemas autónomos, junto con los activos convencionales.
Después de Sousa le tocó el uso de la palabra a Pablo Otero, profesor de la Universidad de Málaga (UMa), quien abordó las comunicaciones acústicas submarinas, “extremadamente necesarias”, en su opinión, para el monitoreo ambiental y de infraestructuras críticas, la navegación submarina, la explotación (sostenible) de los recursos, los restos de naufragios y la seguridad de los buzos.
Para las comunicaciones, el mar es un ambiente “hostil”. “Es el peor canal de televisión que nos podamos imaginar”, dijo Otero. Otro problema, añadió, es que no hay regulación internacional sobre el uso del espectro acústico, solo los estándares de la OTAN.
Otero recordó que en 2021 cinco universidades españolas -la Politécnica de Madrid, de Las Palmas de Gran Canaria, la de Málaga, la de Cádiz y la UNED- realizaron el proyecto Nautilus de enjambres de vehículos autónomos submarinos guiados por IA. “Hay lugar para mejorar” en el rendimiento de los dispositivos, subrayó el profesor.
Poco después intervinieron especialistas en nuevos materiales. Así el profesor Shinichi Hirai, de la Universidad Ritsumeikan (Japón), disertó sobre robots capaces de recoger plancton sin usar piezas eléctricas sino mecánicas o recubiertas de membranas de silicona fabricadas con impresoras 3D. Y la profesora Concepción Monje, de la UC3M, que mencionó los sensores y actuadores robóticos blandos con materiales que se conectan por temperatura y no por elementos mecánicos. Estos materiales pueden servir como órtesis cervicales, es decir, dispositivos externos que se colocan en el cuello del paciente para mejorar sus funcionalidades. O el doctor Mokarram Hossain, de la Universidad de Swansea (Reino Unido) quien conferenció sobre los avances en polímeros electro-activos blandos utilizados como sensores y cosechadores de energía. Estos materiales son aplicables a cartílagos de rodilla o discos intervertebrales. O el profesor Fabrizio Scarpa, de la Universidad de Bristol, especializado en materiales higromorfos o poligromorfos. Los primeros son sensibles a la humedad y cambian su geometría con ella. Los poligromorfos no solo cambian con el agua sino también con los hidrocarburos. Ambos materiales son sostenibles y se inspiran en la naturaleza como por ejemplo, en la forma de las agujas de los pinos.
La bionanoingeniería más novedosa ocupó la última sesión de la intensa y productiva conferencia organizada por Monodon en colaboración con la Sociedad Anónima de Electrónica Submarina (SAES) y la Academia Joven de España.
El profesor Samuel Sánchez, del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (BIEC), de reputación mundial, sentó cátedra entre los asistentes al difundir detalles increíbles sobre nanobots autopropulsados como la nueva generación de robots. Hablamos de robots híbridos que mezclan lo biológico (células, enzimas) y lo artificial (nanopartículas o microestructuras).
Ilustrando los modelos con gráficos y fotos, Sánchez demostró que los enjambres de nanobots tienen una bioinspiración marina, similar a los bancos de peces que ejecutan movimientos espontáneos pero que nunca colapsan.
El nanobot, dijo el experto, consta de un chasis o partícula y de un motor. Los chasis pueden ser una célula cancerígena o un virus. El motor puede ser la catálisis, la luz, un componente magnético o acústico. Sánchez usa en su laboratorio la catálisis mediante reacciones enzimáticas (una célula tiene 1.300 enzimas y el cuerpo humano, unas 75.000). “El propelente puede ser aldolasa, ureasa o glucosa oxidasa”, concretó. Y Sánchez sabe del tema pues en 2017 consiguió un récord Guinness tras haber creado el “cohete más pequeño del mundo”: un nanobot que nadaba en una solución viscosa, y los nanobots son tan parecidos a una bacteria en movimiento que parecen iguales. El lema de Sánchez es muy sencillo: “copia la naturaleza”.
El conferenciante mostró en varias diapositivas aplicaciones prácticas de estas máquinas microscópicas. Así, los microbots ya sirven para limpiar el agua o como esponjas que pueden ser reutilizadas, recicladas y recuperadas.
Y eso nos lleva a la nanomedicina, o sea, a la medicina de alta precisión, pues Sánchez subrayó que los nanobots actúan como enjambres para frenar o reducir el tamaño de un cáncer de vejiga. “Y lo hacen dentro de las células tumorales”, enfatizó. Este tratamiento también es aplicable a enfermedades oculares o para unir tejidos.
