Los vehículos submarinos operados de forma remota enfrentan dificultades en aguas turbias y nubladas. Cuando estos vehículos se posan en el fondo marino o excavan en un lecho de arena, levantan nubes de sedimento que dificultan la visibilidad para las cámaras a bordo. A menudo, deben esperar a que el polvo marino se asiente para poder avanzar con seguridad.
Sin embargo, una nueva técnica de mapeo submarino desarrollada por ingenieros del MIT y el Instituto Oceanográfico de Woods Hole (WHOI) podría permitir a los vehículos ver a través de aguas turbias. Este método combina imágenes visuales de cámaras ópticas con datos acústicos de sensores de sonar.
Innovación en mapeo submarino
La combinación de estas tecnologías permite que un vehículo mapee rápidamente la forma general de su entorno utilizando sonar, incluso en condiciones de baja visibilidad. Luego, puede acercarse a ciertas formas en el entorno mapeado por sonar, permitiendo que las cámaras ópticas resuelvan objetos específicos en detalle.
Este enfoque es similar a la combinación de la ecolocalización de un delfín con la visión cercana de una tortuga marina para navegar a través de aguas turbias en tiempo real.
Pruebas y aplicaciones
Los investigadores probaron el método en experimentos en tanques donde controlaron el grado de visibilidad del agua. A pesar de las condiciones más nubladas, el sistema pudo mapear el entorno del tanque y visualizar detalles de objetos a escala de centímetros.
El equipo está perfeccionando la técnica, llamada Sonar-MASt3R, con el objetivo de guiar de manera segura a los vehículos submarinos en entornos turbios para diversas aplicaciones, incluyendo exploración científica, construcción submarina y recuperación en alta mar.
“Esperamos que este trabajo nos permita realizar más operaciones en esos entornos desafiantes y de baja visibilidad”, afirma Amy Phung, estudiante de posgrado en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT, quien lideró el trabajo.
Fusión opto-acústica
Tradicionalmente, para ver bajo el agua, los científicos han utilizado un enfoque de este o aquel, eligiendo entre cámaras ópticas o sensores de sonar. Las cámaras ópticas ofrecen imágenes visuales detalladas solo en aguas relativamente claras, mientras que los sensores de sonar funcionan bien en ambos tipos de agua pero carecen de detalles visuales.
Para aprovechar lo mejor de ambos mundos, los científicos han buscado combinar estas tecnologías en un nuevo enfoque conocido como “fusión opto-acústica”. Sin embargo, la mayoría de las técnicas anteriores no funcionaban en tiempo real y no se aplicaban al mapeo de alta resolución bajo el agua en condiciones turbias.
Desarrollo y futuro del Sonar-MASt3R
Phung y Camilli, su asesor, desarrollaron una técnica de fusión opto-acústica que genera mapas 3D detallados de entornos submarinos en tiempo real y en condiciones de baja visibilidad. Esto es especialmente relevante para la recuperación segura de minas submarinas no detonadas.
“La capacidad de eliminar explosivos de manera segura es mejor realizada por robótica”, dice Camilli. “Estas explosiones suelen estar en zonas donde la visibilidad complica aún más la operación. Esta técnica puede ser útil en muchas aplicaciones.”
Sonar-MASt3R se basa en una técnica existente llamada MASt3R, que utiliza un algoritmo de coincidencia de imágenes para estimar la profundidad relativa de cada pixel. Al combinar datos de sonar, el nuevo método corrige la escala y genera mapas 3D precisos, incluso en aguas turbias.
Pruebas en condiciones reales
Los investigadores probaron Sonar-MASt3R en un tanque con sedimento y objetos variados. Al realizar una trayectoria de barrido, el sistema creó un mapa basado en sonar de las formas y contornos del tanque. Este mapa inicial permitió al brazo robótico moverse de manera segura hacia objetos específicos, que la cámara submarina podía visualizar en más detalle.
El equipo planea probar el enfoque en condiciones naturales, donde las tareas de mapeo deberían ser más sencillas. “En un tanque, hay muchas distorsiones que complican el procesamiento. En el mundo real, debería ser más fácil”, concluye Camilli.
Esto podría ayudar a los científicos a explorar de manera segura en regiones submarinas turbias y nubladas.
“El verdadero valor de este esfuerzo es que podemos utilizar esta tecnología en escenarios de misión que actualmente son inalcanzables”, afirma Phung. Este trabajo fue apoyado, en parte, por la NASA y la Fundación Nacional de Ciencias.
