La Universitat Pompeu Fabra, en el marc de la Càtedra Fractus-UPF en Transferència Tecnològica i 6G, i la Universitat de Califòrnia a Irvine (UCI) crearan un nou sistema tecnològic per desplegar xarxes de drons intel·ligents en cas d’incendi per automatitzar les tasques de control del foc. Aquest és un dels principals objectius del projecte de recerca que han iniciat recentment les dues universitats, de 2 anys de durada i que és previst finalitzar el 2024.

El projecte de recerca planteja solucions per automatitzar l’ús de drons en cas d’incendi basades en la tecnologia de la comunicació sense fils (wireless) i en la intel·ligència artificial (IA). Els investigadors principals del projecte són Àngel Lozano, director del grup de recerca del Wireless&Secure Communications del Departament de Tecnologies de la Informació i les Comunicacions (DTIC) de la Universitat Pompeu Fabra i de la Càtedra Fractus-UPF; i Hamid Jafarkhani, professor d’enginyeria electrònica i ciències computacionals a la UCI de Califòrnia. A la recerca, també hi participa el català Carles Diaz, investigador en enginyeria electrònica i ciències computacionals a la UCI, entre d’altres col·laboradors. La recerca també compta amb el suport de la National Science Foundation dels EUA i la subvenció del programa ICREA Acadèmia.

Per què fer servir drons per controlar incendis?

La facilitat i flexibilitat per desplegar els drons pot ser especialment útil quan s’hagi de controlar el foc en condicions adverses (a la nit, quan el fum és espès...) per evitar o minimitzar els riscos de seguretat per als professionals, com els pilots dels avions dels equips d’emergència. A més, poden tenir un paper important en la recollida de les dades necessàries per desenvolupar models dinàmics per predir el comportament del foc.

Fins ara, una de les fites més importants de l’ús de drons amb aquest objectiu correspon al dispositiu activat per l’incendi de la catedral de Notre-Dame de París de 2019. En aquella ocasió, les imatges obtingudes per dron van ajudar els equips humans a prendre moltes decisions tàctiques, claus per aturar el foc i reduir-ne els danys. Des d'aleshores, s’ha estès l’ús de drons equipats amb càmeres fotogràfiques i rajos infraroigs per a diferents objectius, sobretot la localització inicial de focs forestals, la vigilància en les operacions d'extinció, la inspecció de llocs de difícil accés i el seguiment del perímetre i progressió del foc.

Superar les limitacions tècniques dels drons actuals

Tot i els avenços assolits, aquesta tecnologia encara presenta fortes limitacions. Els drons se segueixen activant manualment i transmeten els seus senyals a una pantalla, que visualitzen i interpreten els professionals humans. A més, els drons funcionen individualment, és a dir, no estan integrats en una xarxa ni coordinats amb d’altres dispositius similars.

Així mateix, en cas que es facin servir en incendis, la gestió manual de drons és difícil, sobretot a mesura que el foc s’apropa a la localització dels equips d’emergència. El seu ús també comporta alguns reptes tècnics com la curta durada de la seva bateria i el seu temps de vol limitat.

El projecte de la UPF i la UCI vol superar aquestes limitacions i un dels seus principals reptes és automatitzar les trajectòries dels drons mentre es comuniquen amb el centre de comandament i control i els bombers que treballen sobre el terreny. L’equip de recerca també està treballant per optimitzar els algoritmes que determinen la trajectòria i desplegament automàtic dels drons.  En aquest sentit, Àngel Lozano (UPF) explica: “Estem investigant com superar algunes de les limitacions tècniques actuals dels drons vinculades al seu consum d’energia i la seva capacitat de bateria o recàrrega, o cercant mecanismes que evitin la seva col·lisió amb d’altres objectes o que pateixin interferències amb d’altres senyals de comunicacions”. Lozano es troba en aquests moments fent una estada de recerca a la UCI, de la mateixa manera que Jafarkhani (UCI) també va fer una estada prèvia a la UPF a Barcelona. Aquestes estades contribueixen a reforçar el treball en xarxa entre les dues universitats.

Amb aquesta investigació, també es vol facilitar que els drons aportin informació sobre la localització inicial del foc i d’altres dades de caràcter preventiu, com les zones habitades o les infraestructures properes més properes al focus de l’incendi.

L’ús de la IA per millorar el funcionament dels drons en cas d’incendi

Per afrontar aquestes reptes, Hamid Jafarkhani (UCI) explica que l’equip de recerca està aplicant una tècnica d’IA denominada Reinforcement Learning:  “estudiem com els agents intel·ligents haurien de prendre accions en un entorn per maximitzar la recompensa acumulada subjecta a determinades limitacions”. En aquest cas, els agents són els drons, l'entorn és el creat per l'incendi forestal, la recompensa és la quantitat d'informació recollida sobre l'incendi (inclosa la rapidesa amb què es detecta) i les limitacions inclouen totes les esmentades anteriorment, sobretot la necessitat de recàrregues freqüents de la bateria. A partir d’aquesta tècnica, s’espera poder dissenyar un sistema automatitzat de drons en xarxa per actuar en cas d’incendi, en zones forestals, urbanes o periurbanes, o d’altres emergències (per radiació, fugues de productes químics o biològics, fenòmens meteorològics extrems, etc.).

Drons intel·ligents en un context de canvi climàtic amb més risc d’incendi

La recerca vol aportar solucions tecnològiques per fer front al risc d’incendi creixent en l’actual context de canvi climàtic. A Califòrnia, el 2020 es va batre el rècord històric d’hectàrees cremades, més de 800.000 segons dades oficials arran de l’onada de calor de l’estiu d’aquell any, seguit de l’any 2021.  En el cas de l’Estat espanyol, enguany s’ha intensificat l’impacte dels incendis, fins i tot abans de la temporada d’estiu. Entre gener i maig de 2023, s’han cremat 47.785 ha. per incendis forestals, front a les 16.494 del mateix període de 2022, segons el Ministeri de Transició Ecològica. Els majors incendis s’han produït a les províncies de Càceres, Astúries, Castelló i Lugo i no a Catalunya, que no ha seguit la tendència a l’alça del conjunt de l’Estat en el que portem d’any. Això no obstant, Catalunya sí va experimentar un fort augment de les ha. cremades el 2022 (5.834,66) respecte al 2021 (2.422,3), segons dades de la Generalitat.

Sobre la Càtedra Fractus-UPF

La Càtedra Fractus-UPF de Tech Transfer and 6G va néixer l’any 2021 arran d’un conveni de col·laboració entre la Universitat i l’empresa tecnològica Fractus. En el marc d’aquesta càtedra, s’organitzen activitats de recerca, transferència i formació sobre  tecnologia sense fils i sistemes 6G, per millorar la velocitat de transmissió de dades i reduir el consum d’energia, així com per cercar solucions de connectivitat específiques en l’àmbit de la Internet de les Coses (IoT).