Un equipo de científicos e ingenieros de la NASA y del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS) ha colaborado para ver si un pequeño dron tripulado, equipado con una carga especial, podría ayudar a crear mapas detallados de la velocidad a la que fluye el agua.
Por Rachel Hoover, NASA
Los ríos suministran agua dulce a nuestras comunidades y granjas, brindan hogares a una variedad de criaturas, transportan personas y bienes y generan electricidad.
Pero el caudal de los ríos también puede llevar contaminantes río abajo o aumentar repentinamente, lo que supone un peligro para las personas, la vida silvestre y las propiedades. Mientras la NASA continúa con su compromiso permanente de comprender mejor nuestro planeta, los investigadores están trabajando para responder a la pregunta de cómo nos mantenemos informados sobre dónde y con qué rapidez cambian los caudales de los ríos.
Los científicos de la NASA y el Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS) se han unido para crear un paquete de instrumentos, del tamaño de un galón de leche, llamado Sistema de Observación de Ríos (RiOS). Cuenta con cámaras térmicas y visibles para rastrear el movimiento de las características de la superficie del agua, un láser para medir la altitud, sensores de navegación, una computadora a bordo y un sistema de comunicaciones inalámbricas. En 2023, los investigadores llevaron a RiOS al campo para realizar pruebas a lo largo de una sección del río Sacramento en el norte de California, y planean regresar para una tercera y última prueba de campo en el otoño de 2024.
“Implementar RiOS sobre un río para evaluar el rendimiento del sistema en un entorno real es increíblemente importante”, dijo Carl Legleiter, investigador principal del proyecto conjunto NASA-USGS StreamFlow del USGS. “Durante estos vuelos de prueba demostramos que la carga útil a bordo se puede utilizar para realizar cálculos (análisis) casi en tiempo real, mientras el dron vuela sobre el río. Este era uno de nuestros objetivos principales: permitir una latencia mínima entre el momento en que adquirimos imágenes y cuando tenemos información detallada sobre las velocidades actuales y los patrones de flujo dentro del río”.
Para hacer realidad esta visión de la informática a bordo, el equipo utiliza software de código abierto , combinado con su propio código, para producir mapas de velocidades de la superficie del agua, o campo de flujo, a partir de una serie de imágenes tomadas a lo largo del tiempo.
“Podríamos pensar que necesitamos poder ver objetos físicos discretos, como ramas, limo u otros desechos a medida que se desplazan río abajo, para estimar la velocidad del flujo , pero ese no siempre es el caso, ni siempre es posible”, dijo Legleiter. “Utilizando una cámara infrarroja de alta sensibilidad, en cambio detectamos el movimiento de diferencias sutiles en la temperatura del agua que se desplaza río abajo”.
Esas mismas pequeñas diferencias de temperatura también aparecen dondequiera que haya ondulaciones, como en el límite entre el aire y el agua o el hielo que hay debajo. Sabiendo esto, los miembros del equipo StreamFlow de la NASA utilizaron este fenómeno a su favor al desarrollar métodos para posibles futuras misiones planetarias con destino a la superficie para navegar en entornos distantes y difíciles de ver, incluida Europa, la luna helada que orbita alrededor de Júpiter.
“Las superficies heladas presentan condiciones visuales desafiantes, como la falta de contraste”, dijo Uland Wong, coinvestigador y director del proyecto StreamFlow de la NASA en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley, California. “Nuestra tecnología puede rastrear con precisión la superficie estática de un terreno helado mientras se vuela sobre él, o una superficie en movimiento, como el agua, mientras se cierne sobre ella para mantener la nave espacial segura mientras se recopilan datos valiosos”.
Para prepararse para las pruebas de campo del río Sacramento, el equipo de la NASA construyó un simulador robótico para ejecutar miles de vuelos virtuales de drones sobre el sitio de prueba del río Sacramento utilizando campos de flujo modelados por el USGS. Estas simulaciones están ayudando al equipo a crear un software inteligente capaz de seleccionar las mejores rutas para que vuele el dron y garantizar un uso eficiente de la energía limitada de la batería.
El siguiente paso de la colaboración es que la NASA desarrolle técnicas para que el sistema sea más autónomo. Los investigadores quieren utilizar cálculos de caudales fluviales (realizados a bordo en tiempo real) para orientar el próximo destino del dron.
“¿El dron desciende para obtener datos de mayor resolución sobre una ubicación en particular o se mantiene en altura y captura una vista de gran angular?”, preguntó Wong. “Si identifica áreas con flujos particularmente rápidos o lentos, ¿podría el dron detectar más rápidamente las áreas inundadas?”
Actualmente, el USGS opera una extensa red de miles de medidores de corriente automatizados y cámaras fijas instaladas en puentes y riberas de ríos para monitorear los flujos de los ríos en tiempo real en todo el país.
“Los drones podrían permitirnos realizar mediciones en muchas más áreas, lo que potencialmente permitiría que nuestra red fuera más grande, más robusta y más segura para que nuestros técnicos la monitorearan y la mantuvieran”, dijo Paul Kinzel, coinvestigador de StreamFlow en el USGS. “Los drones podrían ayudar a mantener a nuestra gente y equipos fuera de peligro, además de informarnos cómo está cambiando el medio ambiente con el tiempo en tantos lugares como sea posible”.
Más información: Para obtener más información sobre cómo la NASA mejora la vida en la Tierra a través de innovaciones climáticas y tecnológicas, visite www.nasa.gov/earth
