Drones que ayudan a la conservación de bosques

Actualmente el Instituto de Ciencias de la Computación (ICC) cuenta con un área de investigación en Visión por Computadora y Robótica, que se ocupa de desarrollar técnicas para procesar imágenes digitalmente y diseñar robots autónomos capaces de sensar su entorno.

El Instituto de Ciencias de la Computación (ICC) cuenta con un área de investigación en Visión por Computadora y Robótica, que se ocupa de dos complejas tareas en simultáneo. Una de ellas es desarrollar técnicas y algoritmos para procesar digitalmente imágenes. Esta tarea permite detectar objetos, espacios e interpretar imágenes, emulando a través de
programas informáticos la capacidad del cerebro humano para percibir e interpretar estas imágenes. La otra tarea es diseñar y desarrollar robots autónomos capaces de sensar su entorno, construir una representación del lugar donde se encuentra y tomar decisiones en función de esta información para cumplir algún propósito predefinido.
En este contexto, los investigadores del Laboratorio de Robótica y Sistemas Embebidos, en conjunto con el Grupo de Procesamiento de Imágenes del ICC y el Grupo de Estudios de Sistemas Ecológicos en Ambientes Agrícolas de Exactas-UBA, están desarrollando un proyecto interdisciplinario e innovador. Consiste en el uso de robots aéreos, conocidos comúnmente como “drones”, para el monitoreo de bosques nativos de Argentina.
A fines de 2007 se aprobó la Ley de Protección Ambiental de Bosques Nativos, que establece que cada provincia debe realizar un relevamiento de sus recursos forestales, para saber cuál es el estado de ese recurso natural y generar mecanismos para una explotación sustentable. Dada la vasta extensión de los bosques nativos argentinos, que comprende miles de kilómetros cuadrados, y la variedad de especies en peligro que existen, se requieren nuevos métodos para hacer eficiente el monitoreo de estas regiones. La metodología comúnmente utilizada para el monitoreo se basa en imágenes satelitales y en el trabajo de campo llevado a cabo por ingenieros forestales. Sin embargo, las imágenes satelitales tienen poco nivel de detalle y una frecuencia temporal reducida. Por otro lado, el trabajo de campo brinda información de alto detalle, pero resulta poco eficiente en términos de la relación entre costo económico y superficie analizada así como también debido al
tiempo requerido para hacer un relevamiento en áreas extensas.
Para paliar el problema, el proyecto que se está desarrollando en el ICC propone una nueva metodología basada en el uso de robots aéreos no tripulados (o VANTs), de ala fija, que tienen mayor autonomía de vuelo y eficiencia que los ya clásicos drones multi-cópteros.
“Desde nuestro laboratorio desarrollamos un nuevo vehículo aéreo no tripulado de navegación autónoma. El objetivo final es contar con un sistema autónomo, que envíe distintos vehículos aéreos que sobrevuelen grandes extensiones de bosques en poco tiempo, capturen imágenes, georreferenciar esas imágenes y poder armar un modelo que nos permita conocer características estructurales de los bosques, con diversos parámetros biológicos tales como altura de las copas, porcentaje de cobertura del suelo e índice de vegetación”, comenta Pablo De Cristóforis, director general del proyecto e investigador del
ICC. Cada vehículo aéreo puede recorrer hasta 50 kms. en menos de una hora de vuelo. Todo su sistema de propulsión y energía es eléctrico, lo cual lo vuelve más seguro, liviano y de fácil recarga. Este monitoreo autónomo posibilita identificar lugares donde está habiendo una tala no autorizada o indiscriminada. Y, al mismo tiempo, a través de la técnica de
reconocimiento de patrones, identificar especies y conocer el estado de conservación de los árboles, logrando un inventario forestal más eficiente. “Ya testeamos el primer prototipo en la reserva de Otamendi y fue muy exitoso ya que nos permitió probar todos los subsistemas del vehículo aéreo y verificar que las tecnologías de hardware y software open source que
utilizamos son apropiadas”, explica De Cristóforis. Ver video del test. ¿Cómo se coordina la nueva técnica de monitoreo? En el Laboratorio de Robótica se desarrollan todos los sistemas y componentes de los vehículos aéreos. En tanto que el
grupo de Procesamiento de Imágenes trabaja en los algoritmos que permiten identificar especies a partir del reconocimiento de patrones y la construcción de modelos tridimensionales del ambiente que permiten conocer los parámetros estructurales del bosque. Por último, el grupo de Sistemas Ecológicos hará un test en campo para comparar los resultados del monitoreo con drones contra una línea de base (Ground truth). Esto permitirá saber cuán confiable es el monitoreo autónomo con respecto a lo que se considera como cierto, pudiendo poner a punto la técnica para utilizarla en áreas más grandes.
“Es interesante mencionar que los algoritmos de reconocimiento de patrones que usamos en el proyecto son de aprendizaje supervisado. Se requiere de un experto que de alguna forma entrene a un algoritmo, un humano que identifique de qué especie es cada árbol, para luego entrenar al algoritmo para esta tarea específica”, puntualiza el investigador del
ICC. Y agrega “para la reconstrucción tridimensional del bosque, utilizamos técnicas de SLAM Visual (Simultaneous Localization And Mapping) que permiten construir el mapa 3D de un entorno desconocido en el que se encuentra una cámara, a la vez que se estima su trayectoria al desplazarse dentro de este ambiente”.

El proyecto está financiado por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva y el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sustentable. Dura 3 años y se encuentra en su primer año de su ejecución. Se estima que el primer lugar de implementación será el Bosque Chaqueño. Y avanzado el proyecto, involucrará la coordinación de varias vehículos
que puedan estar monitoreando una misma área para poder cubrir cada extensión de bosque.

¿Crees que el futuro está en estos sistemas autónomos?

“Sin dudas, de hecho las aplicaciones de navegación autónoma y de vehículos aéreos como drones en general, se están extendiendo muchísimo. Un ejemplo claro es la agricultura de precisión que utiliza robótica y sistemasautónomos para proveer información de los cultivos; pero también hay otros ejemplos concretos como sistemas multiagentes, enjambres de robots aéreos que se coordinan entre sí para monitorear una central eléctrica o encontrar fallas en líneas de alta tensión. En los próximos años estos temas estarán en la agenda principal de la Computación y la Argentina tiene todas las potencialidades para desarrollarlos”, concluye Pablo De Cristóforis.