“A través da colaboración e a integración como a que promove o Campus do Mar pódense alcanzar metas moito máis interesantes”

25/04/2012
Richard5

Chegar aos lugares máis recónditos e inaccesibles da Terra, descubrir os segredos de fondos abisais ou acceder o espazo, foi posible grazas ao desenvolvemento de “máquinas intelixentes” capaces de realizar tarefas nas contornas máis difíciles para o ser humano. Pero, quen hai detrás do deseño destes sistemas artificiais que facilitan o traballo e a vida da sociedade? O Dr. Richard J. Duro Fernández, investigador do Campus do Mar e coordinador do Grupo Integrado de Enxeñería (GII) da Universidade da Coruña (UDC), é un dos responsables do desenvolvemento destes sistemas intelixentes, inspirados nos comportamentos cognitivos dos seres vivos na natureza. Xunto ao seu grupo de investigación, formado por máis de 50 membros, o Dr. Duro recibiu numerosos galardóns polos seus avances, entre eles o Premio Enxeñeiro Comerma 2002 e 2006 ou o González-Llanos de Enxeñería Naval 2007. Así mesmo, o GII vai máis aló do ámbito meramente científico e contribúe a achegar a ciencia á sociedade grazas á posta en práctica de múltiples actividades de divulgación, desde conferencias ata xornadas e visitas de estudantes de colexios e institutos para que poidan coñecer de primeira man como leva a cabo a actividade nun grupo de investigación.

Pregunta (P).- Redes neuronais artificiais ou mecanismos cognitivos, poderían parecer algo completamente descoñecido para alguén que non se dedique á investigación neste campo, en cambio se utilizamos o termo Intelixencia Artificial a maioría dos lectores fanse unha idea do seu tema de estudo, podería explicar en que consiste?
Resposta (R).- Neste campo búscase xerar comportamentos nas máquinas que aos humanos parézannos intelixentes. Existen múltiples aproximacións a este obxectivo e no noso caso centrámonos no estudo de diversas técnicas inspiradas na natureza, tamén chamadas “bioinspiradas”, para a obtención de sistemas físicos, como robots e máquinas, que poidan realizar tarefas en contornas difíciles e adaptarse a situacións cambiantes.

(P).- Como empezou o seu interese pola robótica e cando decidiu especializarse en sistemas autónomos?
(R).- O meu interese comezou realmente pola intelixencia e en como se podían obter sistemas intelixentes, utilizando aproximacións inspiradas na natureza, talles como a evolución artificial. Traballando nestes temas un dáse conta de que nos seres vivos, a intelixencia e as capacidades cognitivas están moi ligadas aos corpos dos individuos e ás distintas capacidades sensoriais e de actuación que ofrecen. Isto é o que me levou a introducirme no mundo da robótica e os sistemas autónomos. Para min eran ferramentas no estudo da intelixencia de forma holística a través da interacción corpo-cerebro.

Evidentemente, no marco da contorna dunha Escola de Enxeñeiros no que me atopaba e das necesidades das industrias que colaboraban connosco, o interese foise ampliando cara a sistemas (máis ou menos intelixentes) capaces de realizar tarefas industriais en contornas dinámicas e non estruturadas, como poden ser os estaleiros ou a operación de buques no transporte de derivados petrolíferos polo mar, adaptándose a cambios na tarefa ou a contorna dun xeito apropiado.

(P).- Que lle atraeu cara á Universidade da Coruña?
(R).- De feito, a miña incorporación á Universidade da Coruña hai vinte anos foi resultado dunha serie de casualidades e coincidencias logo de pasar un tempo na San Diego State University e a Universidade de California San Diego, e completado o meu doutoramento.

Nese momento estaba buscando prazas en Galicia e coincidiu que se estaba creando a Escola Politécnica Superior (EPS) en Ferrol. Inicialmente foi moi duro. Naquela época de creación da Universidade da Coruña (UDC) e da EPS os medios eran moi escasos, todo estaba sen montar e había que realizar esforzos hercúleos para conseguir resultados moi discretos. Con todo, tamén se respiraba algo dun ambiente pioneiro que favorecía a unión e colaboración de xente de disciplinas moi dispares e orixes diversas para alcanzar masa crítica.

Ademais, dispuñamos dunha gran liberdade para crear cousas novas ao non existir practicamente unha estrutura asentada que a limitase. Co tempo, permitiu a creación de grupos multidisciplinares e dinámicos nunha contorna de colaboración coa industria, un feito que resultaba moi difícil noutros centros cunha historia e tradición máis asentadas e unha estrutura máis establecida.

 (P).- A interacción home-máquina é unha realidade, de que xeito contribúe ao avance da sociedade e por que é tan importante continuar coa investigación en Intelixencia Artificial?
(R).- É evidente que a nosa civilización está cada vez máis inmersa nunha contorna de máquinas e sistemas automáticos cos que habemos de relacionarnos. Estes sistemas facilitan a nosa vida e permítennos lidar cos procesos e estruturas cada vez máis complexas, necesarias para manter o nivel de vida que desexamos para unha poboación cada vez máis grande.

Neste sentido, non podemos esperar que todos os seres humanos teñan que volverse especialistas para poder interactuar con estes sistemas, controlalos e operar neste tipo de contorna tecnificada. Parece máis lóxico que busquemos que sexan as propias máquinas as que leven o peso da interacción cos humanos e posúan un alto grao de autonomía, liberando a estes e permitíndolles gozar de tempo de calidade -o ben máis prezado-. É este obxectivo o que fai tan importante a investigación en intelixencia artificial e no desenvolvemento de sistemas autónomos.

(P).- Cales son os principais obxectivos do desenvolvemento de sistemas autónomos?
(R).- O principal labor destes sistemas é a produción de máquinas que poidan actuar e realizar tarefas en contornas complexas e cambiantes, sen ter que estar constantemente controladas e supervisadas por humanos, feito que non é sempre posible ou, ata, conveniente.

No ámbito mariño, estas contornas abarcan desde a construción naval, onde non existen liñas de produción no sentido tradicional se non que os operarios e materiais han de trasladarse ao lugar onde se realiza a construción, ata o traballo no fondo mariño, onde han de moverse unidades de exploración, mantemento de cableado ou reparación de estruturas mariñas e submarinas. Son contornas nos que hai que interactuar con outra maquinaria e operarios en constante evolución, as unidades están expostas a múltiples incidentes posibles e non todos coñecidos a priori.

(P).- Como conseguen dotalos de autonomía?
(R).- Para dotar da máxima autonomía posible a este tipo de sistemas trabállase conxuntamente en dúas frontes. Por unha banda, estúdanse e desenvólvense técnicas de deseño automático que permitan obter as morfoloxías máis adecuadas para as máquinas e as máis adaptables ás tarefas que han de realizar nas contornas de operación. De feito, pártese dun principio de intelixencia morfolóxica en termos de adaptabilidade de modo que canto máis adaptado e adecuado sexa o corpo, máis simple e efectivo será o control ou o “cerebro”. Por outra, estúdanse e desenvólvense mecanismos cognitivos para estas máquinas, ben sexa en forma de simples conxuntos de regras ou mediante estruturas moito máis complexas que tratan de imitar a funcionalidade de cerebros animais.

(P).- A intelixencia artificial demostrou ter múltiples aplicacións, desde os procesos de enxeñería domótica, monitorización de pacientes e ata traballos de semántica. Entre estas numerosas aplicacións, destacarían os avances conseguidos polo seu equipo de investigación que fixo posible a detección de verteduras no mar a través dun avión ou satélite, podería explicar en que consiste este sistema?
(R).- Un tema de gran importancia en moitos ámbitos, entre os que se inclúe o mariño, é a “sensorización” remota. Neste sentido, existe unha liña de investigación dentro da actividade do grupo que se centra no desenvolvemento de sistemas hiperespectrais, tanto desde o punto de vista dos sistemas sensores como das técnicas de procesado das imaxes obtidas. As imaxes hiperespectrais proporcionan, para cada pixel, un espectro que pode contar con centos ou ata máis de mil bandas ou valores no canto de proporcionar un valor de cor (RGB). Esta resolución espectral permite unha discriminación moi fina entre distintos materiais ou elementos presentes na imaxe.

O problema das mesmas é a inxente cantidade de datos que producen e como procesalos. Unha imaxe dun megapíxel (que é unha resolución pequena, tendo en conta o que actualmente é habitual nas nosas pequenas cámaras fotográficas) con mil bandas espectrais pode ocupar varios GigaBytes, tamaño que xa non resulta común para unha imaxe na nosa contorna cotiá. Actualmente, e en colaboración co Grupo de Óptica non lineal da Universidade de Santiago, desenvolvemos a terceira xeración dun hiperespectrómetro lixeiro e transportable que resulta moi adecuado para o seu despregamento en medios moito menos custosos que os tradicionais avións a gran altura ou satélites.

Ademais, desenvolvéronse múltiples ferramentas para a segmentación destas imaxes, a identificación de obxectivos, a clasificación de cubertas, e moitas outras. Actualmente traballamos no procesado en tempo real de secuencias de imaxes deste tipo para a detección e clasificación de elementos, en función dos cambios no tempo, e no desenvolvemento dun dispositivo dun tamaño reducido que poida ser facilmente portado por avións autónomos moi pequenos para labores de exploración ou procura civís. Exemplos de aplicación no ámbito mariño podería ser a procura de náufragos, ou a detección ou o seguimento de verteduras.

 (P).- Que outras achegas logrou cos seus estudos na área marítima e no desenvolvemento da actividade pesqueira?
(R).- Nos últimos 10 anos, no marco do Grupo Integrado de Enxeñería (GII), realizáronse unha gran cantidade de proxectos relacionados con estas dúas áreas en colaboración con empresas destes sectores. Entre eles deseñouse un submarino autónomo con capacidade para operar a 4.000 metros de profundidade, desenvolvéronse sistemas para a automatización da pesca con palangre, estudáronse os efectos aerodinámicos nas superestructuras de buques.

Así mesmo, realizouse un gran esforzo no estudo e desenvolvemento de sistemas que utilizan técnicas intelixentes para a prevención de fenómenos dinámicos, talles como a resonancia paramétrica ou o broaching, nos que pesqueiros ou outro tipo de buques sofren unha inclinación violenta causada pola oleaxe ou o vento respectivamente.

Ademais, desenvolveuse un sistema de xestión da estabilidade do buque para pesqueiros, leváronse a cabo estudos para a utilización de gas licuado ou de cometas para a propulsión de buques de pesca, realizáronse deseños de temóns optimizados, de velas de competición, de diversos elementos de estruturas offshore, é dicir, que se atopan no mar afastadas da costa, traballouse na optimización ergonómica das plantas de procesado de peixe para novos buques de pesca de altura, realizáronse estudos e investigacións para a redución de ruídos e vibracións en novos deseños de remolcadores, entre outros moitos avances.

(P).- Dadas as numerosas aplicacións das súas investigacións, algúns dos seus sistemas posúen un elevado interese comercial, cales son os pasos a seguir para lanzar ao mercado estas ferramentas que desenvolven?
(R).- En canto a sistemas de interese comercial, os pasos a seguir para lanzalos ao mercado, no noso caso, son sempre moi parecidos. Nós somos un grupo de investigación e desenvolvemento que realiza as súas actividades en xeral con e para empresas da contorna. Son estas empresas, os nosos socios, as que adoitan comercializar os resultados da investigación e, xa que logo, a transferencia é inmediata, que é como consideramos que debe ser.

(P).- Que proxectos está desenvolvendo actualmente?
(R).- Desde o GII desenvolvemos un gran número de proxectos no ámbito mariño, actualmente ao redor de 30, en colaboración con outras universidades e empresas da zona, e co Centro Tecnolóxico do Naval de Galicia. Estanse desenvolvendo estudos de resonancia paramétrica e prevención en buques co obxecto de mellorar a súa seguridade e reducir o risco de afundimento ou danos. Do mesmo xeito, para previr posibles incidentes efectos de golpes de mar, estanse desenvolvendo sistemas de apoio aos patróns co obxecto de mellorar a súa percepción da condición de navegación e estabilidade na que se atopa o seu buque en todo momento, extremadamente importante en buques de pesca pequenos.

No marco da construción naval, algúns dos nosos proxectos están máis enfocados a mellorar as capacidades dos propios estaleiros, como son os relacionados coa organización da produción e que buscan introducir novas estratexias que fagan máis eficiente a operación destas empresas. Noutro ámbito estanse realizando diversos proxectos relacionados coa construción e fondeo de estruturas offshore así como a súa xestión.

En canto á robótica, estase traballando con robots autónomos e modulares para a súa aplicación en contornas de estaleiros e deseñando robots de aplicación específica para temas como a limpeza de cascos non magnéticos, entre outros. Tamén se están levando a cabo diversos proxectos colaborativos relacionados con TIC na contorna mariña, tanto para mellorar a cobertura de diversos sinais en contornas costeiras a través de novos deseños de boias, como desenvolvendo sistemas de detección de caídas de persoas ao auga.

(P).- Teñen proxección internacional?
(R).- En canto á proxección internacional, ademais da que xa teñen en si as actividades que o grupo realiza con empresas, en total máis de 100, e que acaban en mercados internacionais, o GII relaciónase con moitos grupos e centros de investigación de todo o mundo. Con eles levamos a cabo todo tipo de colaboracións, tanto en forma de proxectos conxuntos e a través de estancias de investigadores, como no marco de iniciativas transnacionales.

Pódense citar aquí algúns exemplos como o KEDRI (Centro de Enxeñería do Coñecemento) da Universidade de Auckland; o Grupo de Automatización e Control relacionado coa dinámica do buque da Technical University of Denmark de Dinamarca; o Centre for Ships and Ocean Structures (CeSOS) da Norwegian University of Science and Technology (NTNU) en Trondheim, Noruega; o LabOceano – Coppe da Universidade Federal de Rio de Janeiro en Brasil; ou o Grupo de Enxeñería Naval da Universidade Técnica de Lisboa. Son tamén de relevancia as relacións que mantemos a través de proxectos conxuntos co Von Karman Institute of Fluíde Dynamics de Bruxelas, entre outros.

(P).- O Grupo Integrado de Enxeñería (GII), aúna as áreas de Organización Industrial (GOI), Enxeñería Naval (GSA) e a de Enxeñería de Fluídos (GIF). Trátase dun grupo multidisciplinar que desenvolve investigación en ámbitos moi variados dentro da enxeñería e a computación. Que vantaxes achega traballar de xeito integrado?
(R).-Realmente, aínda sendo un único grupo, temos áreas especializadas en distintos ámbitos e persoal con formacións moi diversas, iso proporciónanos unha vantaxe competitiva moi alta, ao permitirnos realizar proxectos completos abarcando distintas disciplinas. Permítenos tamén abordar proxectos de distintas áreas e, o que é máis importante, achegar coñecemento e puntos de vista moi eclécticos á solución dos diversos problemas científicos e tecnolóxicos aos que nos enfrontamos.

É necesario destacar que o importante non é o carácter multidisciplinar en si, isto é, o feito de dispor de especialistas en distintas disciplinas, se non o feito de que estes especialistas dispares enténdanse e xa que logo teñan a disposición de colaborar e a facilidade para facelo grazas á traxectoria e experiencia común adquirida. Este é, na nosa opinión, o éxito da formulación orixinal do GII, que buscaba esta consolidación multidisciplinar que levou moitos anos alcanzar.

 (P).- Neste sentido, o proxecto Campus do Mar, promovido polas tres universidades galegas, o CSIC e o IEO xunto a 4 universidades portuguesas é un exemplo de investigación integrada, cal é a súa opinión sobre esta iniciativa?
(R).- Desde logo a nós parécenos unha iniciativa de gran interese para a contorna que abarca. Neste sentido, e xa desde o principio, mostrámonos abertos e dispostos a colaborar para que o Campus do Mar tivese o éxito que consideramos merécese, axudando así a unha serie de sectores que nos parecen básicos en Galicia e en moitos dos cales podemos ser líderes como conxunto.

Sempre foi a opinión do GII que a través da colaboración e a integración, como a que promove o Campus do Mar, pódense alcanzar metas moito máis interesantes que de forma illada, este feito levounos a unha política de colaboración cunha gran cantidade de grupos galegos, nacionais, internacionais.

M. Norte/Campus do Mar