Un mar de cambios: marcando un nuevo rumbo para la investigación oceánica
ProMare e IBM lanzan el buque autónomo Mayflower

"El mayor reto es el propio océano", afirma Brett Phaneuf, cofundador de ProMare, una organización de investigación y exploración marina. "Nunca se ha construido un barco que pueda sobrevivir a lo que el océano le arroje".

En 1620, a pesar del enorme desafío que tenían por delante, 102 pasajeros del Mayflower original zarparon de Plymouth (Inglaterra) en un peligroso viaje hacia el Nuevo Mundo, inspirados por la esperanza de un futuro mejor. Y en 2016, cuando la comunidad de Plymouth se reunió y debatió sobre cómo conmemorar el próximo cuarto centenario del viaje del Mayflower, el desafío ancestral del mar y una nueva inspiración para el descubrimiento impulsaron a Phaneuf a levantarse y preguntar: "¿Por qué no aprovechar esta oportunidad para avanzar hacia el futuro, en lugar de quedarnos anclados en el pasado?".

Phaneuf se había trasladado al Reino Unido unos años antes para fundar MSUBs, una empresa que diseña y construye minisubmarinos, principalmente para los sectores de seguridad y defensa. Llevaba mucho tiempo interesado en los sistemas autónomos, pero aún no se había lanzado a crear un buque autónomo de superficie. Entonces vio su oportunidad.

"Cuando la ciudad de Plymouth habló de construir una réplica del Mayflower original, les dije: 'Ya hay una en Massachusetts; yo crecí no muy lejos de ella'", dice Phaneuf. "En su lugar, deberíamos hablar de los próximos 400 años de la empresa marítima. Inspirémonos en lo que hicieron los peregrinos y lancémonos a un nuevo comienzo".

El momento era perfecto para que Phaneuf presentara su idea: un buque autónomo y sin tripulación que cruzara el Atlántico, siguiera la ruta del Mayflower original y realizara investigaciones oceánicas vitales durante el viaje y en el futuro. "Fue entonces cuando nació la idea del barco autónomo Mayflower", afirma Phaneuf. "Ahora lo llamamos MAS para abreviar".

La visión de Phaneuf sobre el MAS se basa en la creciente necesidad de conocimientos científicos sobre el océano. "A pesar de que dos tercios de la superficie de nuestro planeta están cubiertos de agua, hemos explorado menos del 5 %", afirma. "Tal ignorancia debería asustarnos, porque el océano controla todo el clima de nuestro planeta".

Automatización completa

 

Sensores, dispositivos de borde, automatización de decisiones y visión por ordenador permiten una autonomía total (no se requiere intervención humana).

Estado actual

 

El viaje transatlántico de MAS está actualmente en ruta

Un buque autónomo tiene la ventaja de estar construida específicamente para su función. El barco se convierte en una máquina y no en un hotel flotante. "Si se elimina el factor humano de los barcos, se puede reimaginar completamente el diseño", afirma Phaneuf. "Puedes centrarte exclusivamente en la mecánica y el funcionamiento de la nave".

Sin embargo, en la práctica, Phaneuf y ProMare sabían que la clave para poner un barco autónomo en el mar, sin humanos al timón, era una tecnología informática que pudiera potenciar la inteligencia a bordo. Para que MAS diera el salto de la visión a la embarcación, ProMare necesitaba un socio tecnológico con profundos conocimientos en IA, edge computing e investigación científica, así como experiencia en el sector del transporte marítimo mundial.

A finales de 2016, cuando el arquitecto naval de ProMare presentó el concepto MAS en una conferencia en Suiza, representantes de IBM se encontraban entre el público y quedaron intrigados por la visión de Phaneuf.

"Durante los primeros días del proyecto Mayflower, le dije a mi director de tecnología que necesitaba que me construyera un 'Capitán Watson' porque crecí viendo cómo el equipo de IBM Watson desarrollaba una IA cada vez más potente", cuenta Phaneuf. "Eso es lo que necesitábamos para surcar los mares con nuestro barco. Tuvimos la suerte de conocer a un grupo increíblemente generoso de personas en IBM que tenían aún más capacidad y querían ayudar".

Al aprovechar la IA y otras nuevas tecnologías y desarrollar una nueva clase de buque eficiente, sin tripulación y respetuoso con el medio ambiente, MAS iniciará una nueva era de exploración marina justo cuando más la necesitamos. Brett Phaneuf Cofundador de ProMare y director del proyecto de buque autónomo Mayflower
Los datos que necesitamos para el océano que queremos

El océano, que cubre el 71 % de la superficie terrestre, genera más de la mitad del oxígeno del planeta, regula el clima mundial y sirve de sumidero de calor para reducir los efectos del calentamiento global. Sin embargo, a pesar de la enormidad del océano, no es inmune a la actividad humana. Hoy en día, el océano está más contaminado, más caliente, más ácido y más tormentoso que nunca.

Para ayudar a invertir el declive oceánico, las Naciones Unidas declararon el periodo 2021 - 2030 Decenio de las Ciencias Oceánicas para el Desarrollo Sostenible. Esta iniciativa mundial promoverá un mejor conocimiento del océano para protegerlo y gestionarlo de forma más sostenible, y la clave para entender mejor el océano son más y mejores datos.

No obstante, recopilar datos sobre un sistema tan vasto y complicado como el océano resulta enormemente caro. Realizar investigaciones en un entorno tan implacable como el océano también pone en grave peligro a los buques y las tripulaciones. El impacto práctico de este coste y riesgo es que vastas zonas de la superficie oceánica siguen sin explorarse. Persisten enormes lagunas de conocimiento sobre el cambio climático, la contaminación por plásticos, la degradación de los hábitats, la conservación de la vida marina y otros temas importantes.

"La mayor parte de los datos oceánicos de los que disponemos están sesgados hacia las rutas comerciales", afirma Phaneuf. "Para explorar el resto, como sociedad no podemos permitirnos, seguir construyendo gigantescos buques de investigación de entre 50 y 100 millones de dólares. Aunque lo hiciéramos, nunca tendríamos suficiente. Pero al mismo tiempo, no podemos permitirnos ignorar la creciente necesidad de investigación oceánica".

Los buques de investigación autónomos como el MAS, integrados con otras redes terrestres, navales y de satélites, pueden recoger datos sobre el océano a una escala y con una rentabilidad muy superiores a las que permite la relativamente pequeña flota actual de buques de investigación con tripulación. "Por eso me interesé por el uso de la robótica y la autonomía en la exploración oceánica. Abre partes del océano que no son accesibles para los humanos", afirma Phaneuf.

Tal como lo conciben ProMare y el proyecto MAS, el futuro de la investigación oceánica es una mezcla híbrida de buques con tripulación y sin tripulación y de dispositivos, grandes y pequeños, con diversos grados de autonomía, todos trabajando juntos para aumentar la cantidad y calidad de los datos.

Hasta hace poco, el objetivo de recopilar más datos oceánicos sin enviar a más marineros y científicos en viajes costosos y arriesgados parecía inalcanzable. Todo dependía de una pregunta: ¿Están la IA, el edge computing y las tecnologías relacionadas lo suficientemente preparadas y sólidas para una autonomía real?

"A lo largo de la historia, los barcos han estado a la vanguardia del desarrollo tecnológico porque eran necesarios para el comercio y el desplazamiento de personas", afirma Phaneuf. "Y no es de extrañar que, con la MAS, eso ocurra en los barcos. Siempre han estado a la vanguardia".

IAh del barco, capitán

Con su elegante forma, que recuerda a Star Trek, el casco trimarán del MAS, de gran estabilidad, puede surcar las olas a más de 10 nudos, impulsado por un sistema de propulsión híbrido-eléctrico alimentado por energía solar. El MAS también está equipado con navegación inercial de precisión, posicionamiento del Sistema Global de Navegación por Satélite (GNSS), sensores de radar, comunicaciones por satélite e instrumentación meteorológica.

Construida en Polonia según las especificaciones de ProMare, la embarcación de 5 toneladas y 15 metros de eslora incorpora numerosas características de arquitectura marina avanzada, todas ellas diseñadas para soportar las tensiones de los viajes prolongados en el mar. Pero en este Mayflower no hay literas ni galeras para el capitán o la tripulación. En cambio, es la tecnología de informática cognitiva de IBM, ya probado en otros sectores, la que pilota este nuevo tipo de barco y ayuda a mantenerlo en equilibrio.

"Necesitábamos ir más allá de la tecnología existente para buques no tripulados y crear un buque que no sólo se maneje a distancia y no se limite a reaccionar al entorno, sino que aprenda y se adapte de forma autónoma", afirma Don Scott, Director de Ingeniería del Submergence Group, filial de ProMare. "Cuando concebimos este buque hace cuatro años, no estaba seguro de que fuéramos a poder albergar un sistema como este en un barco. Pero los avances recientes, especialmente en edge computing, lo han hecho posible".

El equipo apoda "Capitán IA" ("AI Captain") al "cerebro" de a bordo que confiere al MAS plena autonomía, es decir, la capacidad de funcionar sin intervención humana. Al igual que cualquier capitán humano necesita años de entrenamiento antes de que se le confíe una nave, el Capitán IA del MAS se sometió a años de entrenamiento para aprender lo básico.

Utilizando algoritmos de inferencia y modelos generados a partir de la tecnología de computer vision IBM® Visual Insights, el Capitán IA se entrenó con más de un millón de imágenes náuticas para que pudiera reconocer barcos, escombros, puentes, trozos de tierra y otros peligros. Se utilizaron servidores IBM® Power Systems para satisfacer las importantes demandas de procesamiento de machine learning requeridas para el entrenamiento del Capitán IA. IBM® CPLEX Optimizer proporcionó modelos matemáticos adicionales para apoyar la toma de decisiones.

En cuanto el Capitán IA recibe datos procesables de cámaras, radares, sonares, sistemas de identificación automática (AIS, por sus siglas en inglés) y otros equipos de a bordo, recurre al sistema automatizado de gestión de reglas de IBM, denominado IBM® Operational Decision Manager (ODM), para seguir el reglamento internacional para prevenir los abordajes (COLREG) y otros convenios marítimos. Ampliamente utilizado en el sector de los servicios financieros para aprobar préstamos y personalizar las ofertas a los clientes, ODM proporciona un registro transparente de los procesos de toma de decisiones para evitar situaciones de "caja negra" en las que no está claro por qué se tomó una determinada decisión.

Para percibir su entorno y tomar decisiones inteligentes de forma autónoma sin tener que estar conectado a un ordenador en tierra, el MAS cuenta con 15 dispositivos informáticos de borde para procesar los datos a bordo. La lógica de decisión, basada en el software ODM, también se ejecuta como una carga de trabajo de borde en el buque.

Todos los dispositivos edge están orquestados de forma segura por IBM® Edge Application Manager, que implementa software en los sensores situados en el borde del barco. IBM® Maximo Application Suite proporciona gestión y mantenimiento inteligente de activos. "He llamado a MAS el dispositivo edge definitivo", dice Scott. "Todas las cámaras son dispositivos edge inteligentes. Incluso el sistema de gestión de la batería es un dispositivo edge inteligente".

Una vez en marcha, el Capitán IA de MAS se basa en las recomendaciones de ODM y en las actualizaciones actuales y previstas de The Weather Company®, una empresa de IBM, para evaluar continuamente las opciones, mantenerse alejado de los peligros, tomar decisiones de navegación y llevar a cabo la misión de investigación en cuestión.

IBM® Cloud e IBM® Cloud Object Storage mantienen todos los datos y aplicaciones perfectamente integrados, seguros y conectados desde todos los extremos de la red MAS, diseñados para dar soporte a cargas de trabajo de misión crítica en cualquier lugar, incluso en medio del océano.

Una función de gestor de seguridad, que funciona con Red Hat Enterprise Linux (enlace externo), también respalda las decisiones del Capitán IA para ayudar a garantizar la seguridad de la MAS y de las embarcaciones cercanas.

A medida que continúa el entrenamiento del Capitán IA y registra más horas de autonomía en el mar, ProMare ya piensa en el futuro de esta tecnología, incluso más allá del proyecto MAS. "Lo bueno del software que estamos desarrollando para el Capitán IA es que también puede implementarse en buques tripulados", explica Phaneuf. "Puede aumentar la capacidad de llevar a cabo una tarea y liberar la parte creativa de una persona para ser mejor humano y, en este caso, un humano más seguro".

Equilibrio para la ciencia y el comercio

A pesar de las incidencias relacionadas con la pandemia mundial COVID-19, en 2020 se alcanzaron hitos clave del proyecto MAS. Incluso cuando el buque estaba terminando de construirse, el equipo de ProMare e IBM desarrolló y probó al Capitán IA en una estación de I+D en Plymouth. Situado en el puerto principal de la ciudad, al final de un muelle, el puesto de I+D experimentó toda la acción de un puente de mando y fue crucial para enseñar al capitán de la IA a reconocer y navegar alrededor de barcos, boyas y otros peligros acuáticos.

A medida que los cascos principal y de balancín del buque se transportaban de Polonia a Inglaterra para su ensamblaje final, comenzaron los trabajos más detallados sobre el principal objetivo del MAS: reunir conocimientos científicos sobre el océano. El diseño modular del buque incluye tres bahías científicas en las que los equipos de investigación pueden encajarse o desencajarse, en función de los temas de investigación. IBM Research ha desarrollado tres proyectos iniciales de investigación para el MAS: medir el nivel del mar y la altura de las olas, analizar la composición química del agua de mar y escuchar el canto de las ballenas a través de hidrófonos.

"Una de las cosas que más me entusiasman de este proyecto es que vamos a utilizar tecnologías con las que trabajo a diario para revolucionar la forma de capturar datos en el océano", afirma Rosie Lickorish, investigadora de IBM e ingeniera de software que también tiene experiencia en investigación oceánica. "Vamos a utilizar la IA, la autonomía, la robótica y el edge computing para crear nuevos sensores y dispositivos que nos permitan escalar de manera mucho más eficiente cómo recopilamos datos del océano".

El día señalado en 2020 fue el 16 de septiembre, cuando el buque MAS, totalmente ensamblado, recibió oficialmente su nombre y fue botado en el puerto de Plymouth. También se lanzó Mas400.com (enlace externo a ibm.com), un portal de misiones en directo que permite al mundo seguir el proyecto MAS y recibir actualizaciones sobre sus viajes.

Ahora que el MAS está en el agua, el buque se someterá durante varios meses a pruebas de mar y misiones de investigación, antes de su viaje inaugural del Reino Unido a Estados Unidos, previsto para abril de 2021. "Utilizaremos sensores a bordo del buque para calibrar las lecturas [de los satélites y los sensores cercanos a la costa]", explica Lickorish. "Eso nos va a proporcionar información valiosa para cosas como el transporte marítimo y los puertos".

Las enseñanzas extraídas del MAS no sólo tendrán valor científico, sino que también impulsarán avances prácticos y sostenibles para muchas organizaciones que operan en el océano o cerca de él, como el transporte marítimo y la logística, la prospección de petróleo y gas, y los sectores relacionados con la seguridad y la defensa.

"Si bien el mercado del transporte marítimo autónomo crecerá de los 90.000 millones de dólares actuales a más de 130.000 millones en 2030, muchos de los buques autónomos actuales son en realidad meros automatismos, robots que no se adaptan dinámicamente a nuevas situaciones y dependen en gran medida de la anulación por parte del operador", afirma Scott. "Utilizando un conjunto integrado de tecnologías de IA, nube y edge de IBM, nuestro objetivo es dotar al Mayflower de la capacidad de operar de forma autónoma en algunas de las circunstancias más desafiantes del planeta."

Mientras continúa la cuenta atrás para el inicio del viaje de 3220 millas de MAS del Reino Unido a Estados Unidos en la primavera de 2021, ProMare tiene planes para ir más allá. "Vamos a ir al Ártico y estamos pensando en la circunnavegación mundial", dice Phaneuf. "Seguiremos utilizando el MAS como plataforma durante muchos años en el futuro, y esperamos que también inspire a la próxima generación de buques".

A medida que se acerca abril de 2021, Phaneuf y su equipo piensan en la travesía original del Mayflower y comparten muchas de las mismas esperanzas y temores que sintieron los peregrinos cuando se embarcaron hacia lo desconocido. "Creo que lo que más tenemos en común con ellos es que tampoco estamos seguros de poder lograrlo, pero estamos dispuestos a correr el riesgo", dice Phaneuf. "Me centro en conseguir los recursos que necesitamos con la ayuda de nuestro equipo, y de IBM en particular. No creo que me relaje en absoluto hasta que el MAS cruce el océano y llegue a Plymouth, Massachusetts".

Logotipo de ProMare
Acerca de ProMare

Creada en 2001 para promover la investigación y exploración marinas, ProMare (enlace externo a ibm.com) es una corporación sin ánimo de lucro y una organización benéfica 501(c)(3) con sede en Chester, Connecticut. Su equipo de arqueólogos y profesionales marinos experimentados ejecuta proyectos de investigación de forma independiente y con organizaciones académicas, empresariales, públicas y gubernamentales para avanzar en el conocimiento de la historia y la ciencia relacionadas con los océanos.

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Producido en los Estados Unidos de América, abril de 2022.

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