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Reportaje destacado

Financiado con arreglo a: FP6-IST

Grandes logros de proyectos - Enjambres robóticos en ayuda de los bomberos

El humo, el fuego y otros peligros son obstáculos a los que todo bombero debe enfrentarse cuando acude a apagar un almacén en llamas. Pero con la ayuda de un equipo de robots autónomos especializados en colaborar en las operaciones de búsqueda y salvamento, los bomberos podrían maniobrar con mayor rapidez y seguridad y, en última instancia, salvar más vidas.
Grandes logros de proyectos - Enjambres robóticos en ayuda de los bomberos
Cada vez que acceden a un almacén industrial envuelto en llamas, los bomberos arriesgan sus vidas. El humo es extremadamente tóxico y la visibilidad muy reducida. Cada uno de ellos dispone de unos 20 minutos de oxígeno almacenados en sus botellas y, por norma general, teniendo en cuenta los obstáculos, sólo pueden avanzar unos 12 metros por minuto. Esto les proporciona una autonomía máxima de 120 metros, mientras que el tamaño medio de un almacén moderno es de 400 x 200 m².

Miembros del cuerpo de bomberos y salvamento de South Yorkshire (Reino unido) pusieron en conocimiento de un equipo de investigadores que los almacenes industriales son especialmente complicados. La combinación de una gran superficie y del humo hace que sea notablemente difícil y a veces incluso mortal moverse en ese espacio. Numerosos bomberos han perdido la vida en incendios en almacenes. La oscuridad prácticamente total provocada por el humo les desorienta fácilmente y puede hacer que se pierdan.

Teniendo en cuenta estas premisas, el proyecto Guardians («Grupo de robots asistentes sin control humano desplegado mediante navegación agregativa basada en la detección olfativa»), financiado por la Unión Europea, ha construido un enjambre de robots autónomos especialmente diseñados para ayudar a los bomberos durante el registro de almacenes de gran tamaño. Los enjambres, en términos robóticos, se basan en investigación pionera que simula una bandada de pájaros en vuelo. El proyecto se ha construido a partir de este concepto, de modo que el movimiento de los robots autónomos está influenciado por su distribución geométrica.

«Por lo que sé, somos de los primeros en probar los enjambres robóticos en un entorno real», aseguró Jacques Penders, coordinador del proyecto Guardians. «El objetivo principal consiste en conseguir que los robots cooperen entre sí y que sean capaces de funcionar tanto en grupos pequeños como en grupos grandes.»

Para los bomberos, cada segundo y cada minuto cuentan. En Worcester (Estados Unidos) murieron seis bomberos al perderse en un almacén de seis pisos. Las paredes de hormigón, los refuerzos y las estanterías metálicas interrumpieron líneas vitales de comunicación.

En Europa también se han producido accidentes parecidos. Así pues, el enjambre de robots desarrollado por el proyecto Guardians debe proporcionar información orientativa viable entre los componentes del enjambre y el personal de rescate en condiciones extremas. Esto ha hecho necesario que los investigadores diseñen y experimenten con interfaces que presenten únicamente la información más esencial para guiar al bombero. Y ello en condiciones que los robots expuestos puedan soportar.

Al penetrar en un almacén, un bombero se mueve en primer lugar a lo largo de una pared, que le sirve como punto de referencia. Los equipos de bomberos avanzan hacia un espacio vacío sólo en raras ocasiones, puesto que en tales espacios el humo suele ser más espeso. Según explica la documentación del proyecto, «la concentración de humo aumenta a medida que uno se aleja de las paredes».

La mayoría de los sensores robóticos, como cámaras o medidores de distancia por láser, no siempre funcionan de forma óptima en condiciones exigentes. Los almacenes pueden contener estanterías metálicas que, a su vez, también pueden almacenar envases metálicos como latas o bidones. Este intrincado paisaje metálico interfiere en la transmisión y recepción de señales de radio. Además, las partículas de humo desvían los láseres.

«Por lo general los bomberos disponen de un plano del edificio al que van a acceder. A medida que avanzan por el edificio, cuentan sus pasos para orientarse y situarse. Los robots actúan básicamente del mismo modo», explicó el Sr. Penders.

El primer robot se coloca en la entrada y actúa como baliza. Permanece ahí durante toda la búsqueda. El segundo robot se mueve a lo largo de la pared y, a continuación, lo hace un tercero. El tercer robot se convierte en el tercer vértice de un triángulo equilátero. Seguidamente avanzan otros robots que utilizan un triángulo de nodos y de líneas de comunicación entre los nodos de transmisión.

Los robots se pueden comunicar entre sí mediante una red de comunicaciones inalámbricas. «El humo interfiere en los sensores convencionales basados en la luz», apuntó el Sr. Penders. «Por este motivo estamos tratando de utilizar microondas», añadió.

A medida que los robots se adentran en el edificio, forman una red que se convierte en un mapa métrico en 2D y utilizan su comportamiento en red para mantener y ampliar las comunicaciones. Si un robot se desconecta y pierde la señal del enjambre, puede regresar a «una ubicación predefinida, o bien a la última posición conocida en la que la señal inalámbrica era lo suficientemente fuerte, o bien obrar de forma oportunista y seguir la búsqueda asumiendo que pronto encontrará a otros miembros del enjambre», según indican las fuentes del proyecto Guardians.

Los investigadores del proyecto también quieren que los robots den apoyo de forma activa a los bomberos durante las operaciones de salvamento. El enjambre debe ser capaz de interactuar de forma directa y coherente con el personal de salvamento y determinar en qué dirección se debe mover éste. En el nivel más básico, el enjambre reacciona de forma autónoma al movimiento de un bombero. Cuando éste se mueve, el enjambre también.

Teniendo en cuenta que los bomberos ya se encuentran sometidos a una tensión física y mental considerable, el enjambre no debe suponer ningún obstáculo adicional ni distraer su atención de forma innecesaria, sino complementar su misión de búsqueda y salvamento.

Por consiguiente, los investigadores debían asegurarse de que los robots tuvieran un comportamiento adecuado y consistente y, además, dotarlos de interfaces que permitieran orientarse a los bomberos. La mayoría de las acciones de búsqueda y rescate asistidas por robots son controladas por un humano situado fuera de la zona de peligro.

El proyecto Guardians es único porque permite que un humano coopere con varios robots en acciones en campo. Esto exige interfaces innovadoras que permitan a los bomberos interactuar con el enjambre sin realizar ningún esfuerzo adicional. Además, teniendo en cuenta las duras condiciones en las que trabajan, los bomberos no pueden fiarse solamente de la vista y el oído, o ni siquiera de la tecnología audiovisual común.

Para superar estos retos, los investigadores han diseñado una interfaz de comunicación que consiste en un dispositivo visual que se instala en el interior del casco del bombero. Los investigadores también están desarrollando una interfaz táctil que se pueda instalar en el cuerpo del bombero.

En el proyecto Guardians también se han diseñado y construido dos visores basados en matrices luminosas. Cada uno de ellos fue probado por el cuerpo de bomberos y salvamento de South Yorkshire, lo cual ha permitido a los investigadores ajustar la configuración para mejorar el rendimiento. Sin embargo, esto obligó a realizar múltiples pruebas de ensayo y error, ante lo que los bomberos expresaron cierta ambivalencia inicial respecto a los dispositivos.

«El enjambre robótico, en combinación con la acción de un humano, era interesante a la vez que suponía un reto. El objetivo a largo plazo es ganarse la confianza del humano, ya que las señales a veces pueden provocar distracciones», indicó el Sr. Penders. «Debemos analizar cómo pueden aprovechar los bomberos este sistema.

En primer lugar, la interfaz debe proporcionar información visual de los datos transmitidos por el enjambre. Esto se consigue mostrando una hilera de LED RGB en el interior del visor. Al mismo tiempo, el bombero necesita poder confiar por completo en que la información es correcta. Como es natural, pocos bomberos se aventurarán o se alejarán de una pared u otra referencia debido a los peligros que eso conlleva.

El primer visor que se ensayó indicaba la dirección más adecuada y más segura en la que desplazarse. Durante el ensayo se pidió a los bomberos que realizaran un ejercicio común de búsqueda y salvamento. También se les pidió que realizaran varias tareas adicionales, entre ellas informar verbalmente al coordinador de la investigación y a los demás bomberos acerca de su progreso. Los resultados revelaron que, en algunos casos, los bomberos hicieron caso omiso de la señal de orientación facilitada por los LED RGB. Los bomberos indicaron a los investigadores de que los datos de dirección que se mostraban en el interior del visor debían ser más simples e inequívocos.

El segundo visor se montó sobre un casco de bombero totalmente operativo. A lo largo del visor LED, los investigadores colocaron un sensor de unidad de medida interna (IMU) que detectaba la orientación del bombero mientras seguía las indicaciones. Como en el primer ensayo, se pidió a los bomberos que realizaran diversos ejercicios. Sin embargo, a diferencia del ensayo anterior, en el que la información de dirección se actualizaba constantemente, en el segundo ensayo se proporcionaron menos indicaciones a los bomberos.

La parte exterior de los visores estaba cubierta para que el bombero líder tuviese que confiar en las señales del visor para obtener información de navegación. A continuación, un segundo bombero, también con los ojos tapados, siguió al bombero líder conforme a la práctica habitual en los protocolos normales de búsqueda y salvamento. Ambos estaban atados a una cuerda. Se pidió a los bomberos que contasen el número de veces en el que dos luces de colores distintos parpadeaban dentro de los visores. Estas luces parpadeantes se añadieron para aumentar la tensión. A pesar de todo ello, los bomberos todavía fueron capaces de seguir las órdenes del bombero líder.

El proyecto ha sentado las bases de una investigación prometedora que combina la tecnología más avanzada con técnicas pioneras de enjambre robótico. Los robots diseñados por el proyecto Guardians también pueden advertir a los bomberos de la presencia de sustancias químicas tóxicas en el aire. Además, estos nuevos sistemas se podrían utilizar para hacer frente a otras catástrofes. Los algoritmos desarrollados por el proyecto Guardians permiten a robots seguir a un bombero sin necesidad de comunicación. Es esta característica de autonomía, además de su capacidad para transferir información al bombero en visores diseñados especialmente para el caso, lo que hace especial al proyecto Guardians.

«Hicimos una demostración final en el cuerpo de bomberos y salvamento de South Yorkshire», indicó el profesor Penders. «Y confirmaron que el empleo de robots podría ser útil especialmente en situaciones de alto riesgo.»

El proyecto Guardians ha recibido financiación del Sexto Programa Marco de la Unión Europea por medio del tema «Tecnologías de la información y la comunicación».

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