El investigador de la Universidad de Stanford Mac Schwager ingresó al mundo del conteo de pingüinos a través de una reunión casual en la boda de su cuñada en junio de 2016. Allí se enteró de que Annie Schmidt, bióloga de Point Blue Conservation Science, estaba buscando una mejor manerapara imaginar una gran colonia de pingüinos en la Antártida. Schwager, quien es profesor asistente de aeronáutica y astronáutica, vio la oportunidad de colaborar, dado su trabajo en el control de enjambres de robots voladores autónomos.
Así es como, tres años y medio después, el estudiante de posgrado de Schwager, Kunal Shah, se encontró en la famosa estación McMurdo, listo para el primer vuelo de prueba en la Antártida de su nuevo sistema de imágenes de varios drones, que coordina el vuelode varios drones autónomos de alta gama, pero también puede funcionar con drones de afición.
El proyecto no tuvo un comienzo auspicioso. "Mis manos estaban heladas. Las baterías del dron estaban demasiado frías para funcionar. El control remoto del dron estaba demasiado frío. Mi teléfono estaba demasiado frío y emitía advertencias", recordó Shah.solo pensé, '¿Estoy aquí abajo por dos meses y medio y este es el primer día?'
Sin inmutarse, Shah y sus colegas adaptaron rápidamente su sistema, que es el tema de un artículo publicado el 28 de octubre en Ciencia robótica , produjo repetidamente estudios visuales detallados de aproximadamente 300,000 parejas nidificantes de pingüinos Adelia en un área de 2 kilómetros cuadrados en Cabo Crozier, aproximadamente equivalente al tamaño del país de Mónaco, y otra colonia más pequeña de aproximadamente 3,000 parejas nidificantesen Cape Royds. Mientras que los estudios previos con drones piloteados por humanos en la colonia del cabo Crozier tomaron dos días, cada ronda del nuevo estudio, completado en colaboración con la National Science Foundation NSF y el US Antarctic Program USAP, se completó en aproximadamente dos-horas y media, gracias a un algoritmo de planificación de rutas que coordinaba de dos a cuatro drones autónomos y priorizaba la cobertura eficiente de la colonia.
"Simplemente mover todo ese equipo a un sitio remoto y poder prepararlo, colocarlo en el campo y desplegarlo sin nada más que tiendas de campaña y una pequeña cabaña de calentamiento a su disposición, eso es realmente fenomenal", dijo Schwager, quien esautor principal del artículo pero, para su decepción, no pudo unirse al equipo de campo. "Realmente demuestra lo prácticos que pueden ser los sistemas robóticos autónomos en entornos remotos".
la velocidad es esencial
Ya se han realizado reconocimientos aéreos de colonias de pingüinos, generalmente con helicópteros o un solo dron. El método del helicóptero produce una gran calidad de imagen pero es costoso, no consume combustible y corre el riesgo de molestar a las aves. El reconocimiento con un solo dron requiere mucho tiempo y -- debido a que los drones deben ser lanzados desde una distancia segura, a unos cinco kilómetros tres millas de la colonia - difícil de navegar. Otra deficiencia de los drones es que deben volar de ida y vuelta a la colonia con solo 12-15minutos de duración de la batería. La amenaza continua de cambios repentinos en las condiciones de vuelo se suma a la importancia de una inspección rápida.
El uso de varios drones evita estos desafíos y fue posible gracias a un algoritmo de planificación de rutas único desarrollado por los investigadores de Stanford. Dado un espacio de estudio, el algoritmo dividió el espacio, asignó puntos de destino a cada dron y descubrió cómomover los drones a través de esos puntos de la manera más eficiente, limitando el retroceso y los viajes redundantes. Un requisito adicional crucial era que cada dron saliera del espacio en el mismo lugar por el que entró, lo que ahorra un tiempo de vuelo precioso. El algoritmo también mantuvo una seguridad,constante, distancia desde el suelo a pesar de los cambios de elevación, y tenía un porcentaje de superposición de imagen sintonizable para asegurar un levantamiento completo. A diferencia de la acción de ida y vuelta de un vacío robótico, Schwager describió las rutas del algoritmo como "orgánicas y de araña".
"El proceso fue rápido. Lo que habían sido solo los garabatos del algoritmo en una pantalla el día anterior se convirtió en una imagen masiva de todos los pingüinos en las colonias", dijo Shah, quien es el autor principal del artículo. "Pudimos vergente caminando alrededor de las colonias y todas las aves individuales que estaban anidando y viniendo hacia y desde el océano. Fue increíble ".
Ojos en el cielo
Los investigadores visualizan otros usos para su sistema de varios drones, como el monitoreo del tráfico y el seguimiento de incendios forestales. Ya han realizado pruebas en algunos entornos variados. Han volado sobre un gran rancho en Marin, California, para evaluar la vegetación disponiblepara el pastoreo de ganado. También llevaron sus drones al lago Mono cerca de la frontera entre California y Nevada para inspeccionar la población de gaviotas de California que vive cerca de la isla Paoha en el centro del lago. Al igual que la Antártida, la prueba del lago Mono tuvo sus propios desafíos: las aveseran más pequeños, los investigadores tuvieron que navegar hasta el sitio antes de soltar los drones y existía el riesgo de perderlos en el agua lo que, afortunadamente, no sucedió.
Por su parte, los biólogos de pingüinos continúan enfocados en medir el tamaño de la población, las tasas de natalidad y la densidad de anidación y realizarán una segunda ronda de observación de pingüinos este año. Sin embargo, debido a la pandemia, el equipo de Ciencias de la Conservación de Point Blue estará en suposeer esta vez.
Pensando en el panorama general, en sentido figurado, los investigadores esperan que su sistema sea una prueba del potencial positivo de los robots y sistemas autónomos.
"Los humanos nunca podrían saltar al cielo y contar 300.000 pingüinos o rastrear un incendio forestal", dijo Schwager. "Creo que los equipos de robots autónomos pueden ser realmente poderosos para ayudarnos a gestionar nuestro mundo cambiante, nuestro entorno cambiante, en unescala que nunca antes pudimos ".
Los investigadores de Point Blue Conservation Science también son coautores del artículo. Este trabajo fue financiado por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Stanford . Original escrito por Taylor Kubota. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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