Àngel Lozano, director del grupo de investigación Wireless & Secure Communications; responsable de la Cátedra Fractus-UPF sobre 6G y Tech Transfer y Director Científico de la Unidad de Excelencia en Tecnologías de la Información y la Comunicación "María de Maeztu" de la UPF 

El cambio climático está intensificando la frecuencia y la intensidad de los incendios forestales y convirtiendo estos fenómenos naturales en desastres de proporciones devastadoras. En California, por citar una región específica propensa a los incendios forestales, el 2020 y el 2021 fueron el primero y segundo año con mayor cantidad de superficie quemada de todo su registro histórico. Este es un problema de gravedad creciente y los ingenieros estamos en condiciones de formar parte de la solución. Precisamente, la tecnología con drones puede jugar un papel importante en la lucha contra los incendios forestales y este papel se puede reforzar en gran medida con las comunicaciones inalámbricas y la inteligencia artificial.

En la misma línea que la iniciativa Bienestar Planetario de la UPF y en el marco del programa de investigación interdisciplinaria “María de Maeztu” coordinado desde el Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC), un proyecto está asumiendo este reto. Tengo la oportunidad de liderar esta investigación, que se está llevando a cabo en colaboración con la Universidad de California en Irvine. Esta universidad tiene una larga trayectoria de acciones relacionadas con la prevención y la mitigación de incendios forestales, así como estrechos vínculos con expertos en modelización de incendios forestales, dinámica de fluidos y ciencia atmosférica. Participan en ella tanto investigadores de la UPF como de la Universidad de California, con el apoyo financiero adicional de la Cátedra Fractus-UPF y de la National Science Foundation.

Un hito importante en el uso de drones para combatir los incendios fue el accidente de la catedral de Notre-Dame de 2019. Las imágenes obtenidas por dron ayudaron a tomar muchas decisiones tácticas y a parar este incendio y reducir los daños. Desde entonces, las agencias del departamento de bomberos han empezado a utilizar más ampliamente drones equipados con cámaras fotográficas e infrarrojos con diferentes objetivos, especialmente la localización inicial de incendios forestales, la vigilancia durante la operación de lucha contra los incendios, la inspección de lugares de difícil acceso y el seguimiento del perímetro y la progresión del fuego. La principal ventaja de los drones es su flexibilidad y facilidad de despliegue, especialmente en condiciones duras, cuando la seguridad del piloto es una preocupación importante. Por ejemplo, esto puede suceder por la noche o cuando el humo es espeso, cosa que es peligrosa para los aviones tripulados. Además, los drones pueden jugar un papel importante en la recopilación de los datos necesarios para desarrollar modelos dinámicos para predecir el comportamiento del fuego.

Actualmente, los drones se utilizan principalmente de manera individual, sin conectarse entre ellos para formar una red. En la mayoría de los casos, se operan manualmente y se comunican con una pantalla, que es vista por un operador humano. Este funcionamiento manual del dron es difícil, especialmente en las proximidades del incendio. Algunos de los retos en el uso de drones para la monitorización de incendios forestales se deben a la corta vida útil de la batería, y al consiguiente tiempo de vuelo limitado, y a la pequeña carga útil.

A medida que se expande el uso de drones en la lucha contra incendios, existe la necesidad de desplegarlos automáticamente y de operarlos como red. Automatizar las trayectorias de drones mientras se comunican con el centro de mando y control y los bomberos a tierra es un reto importante. Definir algoritmos óptimos de trayectoria y despliegue requiere tener en cuenta modelos complejos relacionados con factores como la comunicación por radio, las interferencias, la latencia, el consumo de energía del dron, su capacidad de evitar obstáculos y colisiones y la vida útil de la batería. También tienen que utilizar información previa como la ubicación de incendios iniciales de envergadura, las zonas habitadas y las infraestructuras.

Para afrontar este reto de proveer los drones de inteligencia colectiva, se está aplicando una técnica de inteligencia artificial llamada aprendizaje de refuerzo. El resultado esperado de este esfuerzo en investigación es una solución que despliegue automáticamente una flota de drones de manera coordinada, reoptimizando constantemente sus posiciones y organizando la recarga de su batería en turnos ordenados, mejorando enormemente su eficacia.

La ciencia y la ingeniería desarrolladas bajo este proyecto podrían ser adaptadas a otras aplicaciones más allá de los incendios forestales, incluidos los incendios estructurales en entornos urbanos y suburbanos, emergencias naturales o artificiales que involucren pérdidas de radiación, biológicas o químicas, o el seguimiento de las condiciones atmosféricas en el contexto de acontecimientos meteorológicos extremos inminentes o en curso.