Drones acuáticos para cuidar los ríos de Sevilla

Los ríos son las arterias de nuestras ciudades. En Sevilla, el río Guadalquivir, sus embalses y afluentes, no sólo perfilan el paisaje de Andalucía, sino que también sustentan un complejo y rico ecosistema. Además, son la fuente del recurso más básico en un país de sequía perenne: el agua.

En el contexto de crisis climática y de abandono de los recursos hídricos, está surgiendo el concepto de Ciudades Azules: ciudades que integran sus recursos hídricos no sólo como elementos paisajísticos.

Es crucial que el agua se considere una infraestructura crítica que debe ser monitoreada, protegida y gestionada de manera inteligente. Para lograr esta simbiosis entre urbanismo y naturaleza, la ciencia recurre a aliados insólitos: los robots autónomos para garantizar un ecosistema saludable.

Vehículos autónomos de superficie en el río Guadaira (Sevilla). ACE-TI. Universidad de Sevilla. Guardianes autónomos

Tradicionalmente, la robótica se ha asociado a entornos industriales controlados, alejados del fango de los ríos. Sin embargo, su verdadera utilidad social surge cuando se pone al servicio de la sostenibilidad.

Investigadores del grupo ACE-TI de la Universidad de Sevilla han desarrollado un sistema que permite trasladar la precisión del laboratorio al corazón del cauce del río mediante vehículos autónomos de superficie (ASV). Nuestros “drones acuáticos” son plataformas ligeras y silenciosas que no alteran el entorno que estudian, ni requieren la compleja logística de las embarcaciones a motor.

Se ponen en marcha en menos de 10 minutos y funcionan de forma autónoma durante días hasta 8 horas. Gracias a su conectividad, no sólo siguen la ruta, sino que también calculan continuamente modelos de contaminación a medida que avanzan.

Esta capacidad de procesamiento permite a los drones decidir de forma inteligente sus propios puntos de seguimiento: si el sistema detecta una anomalía en tiempo real, el robot prioriza esa zona para realizar un análisis más exhaustivo.

Por lo tanto, estamos pasando de un monitoreo reactivo a un monitoreo proactivo y podemos construir un escudo tecnológico que proteja nuestra biodiversidad basándose en evidencia científica inmediata.

Demostración de la capacidad de seguimiento de dos vehículos testados en el río Guadara (Sevilla). Cómo enseñar a un robot a moverse

Para que el ASV sea verdaderamente autónomo no basta con dotarle de un mapa y de algunos sensores. También hay que aprender a “moverse” por el río para utilizarlos.

Aquí es donde entra en juego una de las ramas más fascinantes de la inteligencia artificial (IA): el aprendizaje asistido. El concepto fue popularizado por Google Deep Mind en su famosa victoria contra el maestro de Go Lee Sydol en 2016. Explicado de forma sencilla, se trata de un proceso muy similar a cómo entrenamos a una mascota o a cómo un niño aprende a caminar, mediante prueba y error.

En lugar de programar el robot con miles de reglas rígidas, como “acercarse siempre a los valores máximos de turbidez del agua”, se le asigna un objetivo y un sistema de “recompensa”. Cuando el dron toma una decisión que lo acerca a una zona de interés hidrológico, el sistema obtiene un resultado positivo. Si chocas o te desvías, serás rechazado.

Después de miles de simulaciones, el dron “comprende” por sí mismo cuál es la mejor manera de tomar muestras. No sigue órdenes ciegas. De esta forma, desarrolla la capacidad de adaptarse a las condiciones cambiantes del río.

De este modo se pueden optimizar las rutas para ahorrar energía, captar mejor la contaminación o garantizar que las zonas importantes se inspeccionen minuciosamente.

Este proceso de aprendizaje basado en inteligencia artificial supone un gran avance en sistemas capaces de aprender del entorno. Cuando el entorno cambia (por ejemplo, porque ha llovido o porque sus aguas se han vuelto turbias), estos drones cambian su comportamiento en consecuencia.

La clave del éxito, como siempre en la IA, está en los datos. Cuantas más experiencias del mundo real tengan, mejor “patrullarán” con vehículos. El tiempo los hará más eficientes en su tarea.

Hacia un diagnóstico personalizado

Para diagnosticar el río, cada dron funciona como un laboratorio móvil equipado con dos herramientas: sensores de calidad del agua y una cámara de visión 3D.

La sonda analiza las propiedades invisibles del agua, como la conductividad (que detecta posibles derrames), la turbidez, el pH y la temperatura. Esta sonda se puede cambiar por cualquier otro instrumento que mida otros parámetros relevantes. Por ejemplo, en un entorno marino, se puede sustituir por un sensor de hidrocarburos disueltos.

La cámara de visión 3D, por otro lado, escanea la superficie y puede mapear el río. Su uso en el seguimiento ambiental es fundamental para detectar otro monstruo de la contaminación del agua: los residuos plásticos superficiales. Gracias a un algoritmo basado en redes neuronales, los vehículos “ven” la basura en 3D y son capaces de geolocalizarla con gran precisión.

Proceso de identificación de basura plástica superficial en el Lago Alamillo (Sevilla) mediante algoritmos de inteligencia artificial. ACE-TI. Universidad de Sevilla.

Un verdadero avance científico se produce cuando ambas fuentes se integran mediante modelos de procesamiento de datos. Estas mediciones específicas se transforman en un mapa de alta definición que permite visualizar la salud del canal con precisión centimétrica.

Mapas de conductividad del agua resultantes de una campaña de patrullaje con dos drones acuáticos en el lago Alamillo y el río Guadaira. ACE-TI. Universidad de Sevilla. Desafíos para el futuro

A pesar de los avances, el camino hacia la plena integración de estas tecnologías no está exento de desafíos. El desafío no es sólo perfeccionar los algoritmos, sino lograr que esta tecnología se convierta en una infraestructura cotidiana y accesible.

Para que Sevilla sea una auténtica Ciudad Azul, debemos extender estos proyectos piloto a sistemas de vigilancia permanente que trabajen estrechamente con las instituciones públicas.

En última instancia, el propósito de una robótica más humana no es reemplazar nuestra relación con el medio ambiente, sino mejorar nuestra capacidad para protegerlo. El uso de la inteligencia artificial para la sostenibilidad nos muestra que la técnica, cuando tiene un fin ético y ecológico, es la mejor herramienta para asegurar que nuestros ríos sigan siendo el corazón vivo y saludable del país.