Desarrollo de instrumentos para monitoreo en ambientes marinos apoyado en nuevas tecnologías / Mizquez Corona, Luis A.

La monitorización del entorno que nos rodea ha sido objeto de estudio para el ser humano durante mucho tiempo. Realizar esta actividad permite conocer mejor el lugar que se está estudiando, ya sea un hogar, procesos industriales dentro de la industria o incluso el medio ambiente, cada uno cuenta con sus propios retos y características a considerar durante su estudio. Un caso particular es el entorno marítimo, este es uno de los más difíciles debido a que se encuentra en constante cambio (oleaje, viento, humedad) esto representa un reto considerable ya que no todos los materiales son resistentes a este tipo de trato. Una consideración importante en estos casos es recuperar la información adquirida (ya sea telemáticamente o resguardando las unidades de memoria) por los dispositivos integrados, que bien pueden tener un montaje en el fondo marino o en boyas sobre la superficie del mar (Pizzo & Testa, 2018). Por lo tanto, si se contara con un sistema de este tipo que fuera mucho más simple, un poco más  económico, accesible  y lo suficientemente robusto para cumplir esa tarea sería ideal.

Se han identificado al menos dos tipos de instrumentos a los que se pretende acercar el proyecto. Un perfilador vertical in situ y un inclinómetro para medición de corrientes marinas. Ambos instrumentos resuelven una necesidad en la tarea de estudiar o valorar un área de interés oceanográfico como también dentro de . Por la parte del perfilador in situ se cuentan con dos antecedentes que sirven como punto de partida para el desarrollo de un prototipo similar, el WireWalker™(Rainville & Pinkel, 2001) y el más reciente, AVP (Autonomous Vertical Profiler) de Desa (Desa et al., 2013). Ambas propuestas ofrecen una solución al desarrollo de estudios de perfilado pero cada uno se centra en mejorar un aspecto específico en su diseño, es decir, el mecanismo de funcionamiento (WireWalker™) y la autonomía (AVP).  Por otra parte, se encuentran los inclinómetros para medición de corrientes marinas en distintas zonas de interés. Trabajos como los de Marchant, Lowell, Radermacher y Bendix (Bendix, Carstensen, Fritzbøger, & Troels, 2017; Lowell, Walsh, & Pohlman, 2015; Marchant et al., 2014; Radermacher et al., 2015) parten de una misma idea y concepto pero cambian el sitio de aplicación. En particular Bendix hace un prototipo más económico.

Este proyecto de tesis se centra en el desarrollo, prueba de nuevos métodos y tecnología   que mejores y hagan accesible la monitorización de  ambientes marinos a quien lo requiera tocando temas de machine learning para la entrega de los datos y sobre todo al ser un ambiente remoto energy harvesting . Con objetivos que van desde probar el desempeño de una red Internet of Things  en ambientes remotos, como también la sensorización multiparamétrica (superficial y/o sumergida) de redes de sensores montadas en ambientes marinos.

1. Cilindro sumergible sensorizado: Para agregar más elementos de sensorizado, se propone un diseño CAD el cual puede ser obtenido con la ayuda de una impresora 3D para su posterior ensamblaje y construcción. Utilizar piezas fáciles de conseguir (tornillos, arandelas, tuercas, poliestireno expandido) y de reproducir mediante la impresión 3D aporta ventaja a la hora de un del desafortunado evento en el que se llegara a perder un cilindro sensorizado. 
2. Boya Sensorizada y red de sensores: Un conjunto de nodos sensoriales capaces de comunicarse entre sí y una unidad de control para poder realizar mediciones de variables superficiales y submarinas. Para la cuestión de los sensores que realicen las mediciones submarinas, se tendría que buscar tecnologías o métodos que permitan el utilizar el agua como medio de transmisión.
3. Bloque de Energy Harvesting: Al ser un sistema que se pretende desplegar en un entorno marino, las fuentes de energía son limitadas, sobre todo si los elementos que constituyen al sistema basan su funcionamiento en baterías. Se pretende agregar un método que permita cosechar energía del mismo entorno (Bastien, Sepe, Grilli, Grilli, & Spaulding, 2009). 
4. Bloque de Machine Learning: La función de este bloque será de estudiar el comportamiento de los elementos que constituyen a todo el sistema integrado en la boya para mejorar su desempeño y así hacerlo más autónomo. 
5. Base terrestre: La función de esta etapa sería la recopilación de toda la información adquirida por la red de sensores desplegada en el entorno marítimo (Meera & Rao, 2018).

Referencias

Bendix, A., Carstensen, S., Fritzbøger, D., & Troels, A. (2017). Performance of a Tilt Current Meter in the Surf Zone. Proceedings of Coastal Dynamics 2017, 944–954.

Desa, E., Madhan, R., Dabholkar, N., Prabhudesai, S., Navelkar, G., Mascarenhas, A., … Maurya, P. K. (2013). In situ profiling of eastern Arabian sea coastal waters using a new autonomous vertical profiler. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 38(1), 43–54. https://doi.org/10.1109/JOE.2012.2209234

Lowell, N. S., Walsh, D. R., & Pohlman, J. W. (2015). A comparison of tilt current meters and an acoustic doppler current meter in vineyard sound, Massachusetts. 2015 IEEE/OES 11th Current, Waves and Turbulence Measurement, CWTM 2015. https://doi.org/10.1109/CWTM.2015.7098135

Marchant, R., Stevens, T., Choukroun, S., Coombes, G., Santarossa, M., Whinney, J., & Ridd, P. (2014). A buoyant tethered sphere for marine current estimation. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 39(1), 2–9. https://doi.org/10.1109/JOE.2012.2236151

Meera, M. S., & Rao, S. N. (2018). Comparative Analysis of IoT protocols for a Marine IoT System. 2018 International Conference on Advances in Computing, Communications and Informatics, ICACCI 2018, 2049–2053. https://doi.org/10.1109/ICACCI.2018.8554906

Pizzo, S. Del, & Testa, R. L. (2018). IoT for Buoy Monitoring System. 2018 IEEE International Workshop on Metrology for the Sea; Learning to Measure Sea Health Parameters (MetroSea), 232–236.

Radermacher, M., Thackeray, Z., Schipper, M. DE, Gordon, L., Chrystal, C., Leuci, R., & Reniers, A. (2015). Tilt current meter array: Field validation. E-Proceedings of the 36th IAHR World Congress, (1), 1–5.

Rainville, L., & Pinkel, R. (2001). Wirewalker: An autonomous wave-powered vertical profiler. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 18(6), 1048–1051. https://doi.org/10.1175/1520-0426(2001)018<1048:WAAWPV>2.0.CO;2