Cambio radical: marcando un nuevo rumbo para la investigación oceánica
ProMare e IBM lanzan el buque autónomo Mayflower

"El mayor desafío es el océano en sí", dice Brett Phaneuf, cofundador de ProMare, una organización marina de investigación y exploración. "Nunca se ha construido ningún barco que pueda sobrevivir a cualquier cosa que el océano le depare".

En 1620, a pesar del gran desafío que se avecinaba, 102 pasajeros del Mayflower original salieron de Plymouth, Inglaterra, en un viaje peligroso al Nuevo Mundo, inspirados por la esperanza de un futuro mejor. 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 alzar la mano y preguntar: "¿Por qué no aprovechar esta oportunidad para avanzar hacia el futuro, en lugar de rememorar el pasado?".

Phaneuf se había trasladado al Reino Unido unos años antes para fundar MSUBs, una empresa que diseña y construye mini submarinos, principalmente para las industrias de seguridad y defensa. Hacía tiempo que se interesaba por los sistemas autónomos, pero aún no había puesto su atención en una embarcación autónoma de superficie. En ese momento, vio la oportunidad.

“Cuando la ciudad de Plymouth hablaba de construir una réplica del Mayflower original, les dije: 'Ya hay uno en Massachusetts — crecí no muy lejos de él'”, dice Phaneuf. “En cambio, deberíamos hablar sobre los próximos 400 años de la empresa marítima. Dejémonos inspirar por lo que hicieron los Peregrinos y saltemos a un nuevo comienzo”.

El momento era perfecto para que Phaneuf presentara su idea: un barco autónomo y sin tripulación que cruzaría el Atlántico, trazaría la ruta del Mayflower original y realizaría investigaciones oceánicas fundamentales durante el viaje y en el futuro. "Ese fue el momento en que nació la idea del barco autónomo Mayflower", dice Phaneuf. "Ahora lo llamamos MAS para abreviar".

Lo que impulsa la visión de Phaneuf para MAS es la creciente necesidad de más conocimiento científico sobre el océano. “A pesar de que dos tercios de la superficie de nuestro planeta están cubiertos de agua, hemos explorado menos del 5%”, dice. "Esa ignorancia debería preocuparnos porque el océano controla todo el clima de nuestro planeta".

Automatización completa

 

Los sensores, los dispositivos perimetrales, la automatización de decisiones y la visión informática permiten una autonomía completa (no se requiere intervención humana)

Estado actual

 

El viaje transatlántico de MAS ya está en marcha

Una nave autónoma tiene la ventaja de estar construida específicamente para su función. La nave se convierte en una máquina en lugar de un hotel flotante. "Si eliminas el factor humano de los barcos, puedes reimaginar completamente el diseño", dice Phaneuf. "Puedes concentrarte exclusivamente en la mecánica y la función del barco".

No obstante, en la práctica, Phaneuf y ProMare sabían que la clave para poner una nave autónoma en el mar, sin humanos al timón, era la tecnología informática que pudiera impulsar la inteligencia a bordo. Para que MAS pudiera dar el salto de la visión a la embarcación, ProMare necesitaba un socio tecnológico con amplia experiencia en IA, edge computing e investigación científica, así como experiencia en la industria naviera global.

A finales de 2016, cuando el arquitecto naval de ProMare presentó el concepto MAS en una conferencia en Suiza, había representantes de IBM entre la audiencia y estaban intrigados por la visión de Phaneuf.

"Durante los primeros días del proyecto Mayflower, le dije a mi director de tecnología que lo necesitaba para construirme un "Capitán Watson" porque crecí viendo al equipo de IBM Watson que desarrollaba una IA cada vez más poderosa", dice Phaneuf. "Eso es lo que necesitábamos para llevar nuestro barco por todo el mar. 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 buques eficientes, sin tripulación y respetuosos con el medio ambiente, MAS iniciará una nueva era de exploración marina justo cuando más lo necesitamos. Brett Phaneuf Cofundador de ProMare y Director del Proyecto de Barcos Autónomos Mayflower
Datos que necesitamos para el océano que queremos

El océano, que cubre el 71% de la superficie de la Tierra, genera más de la mitad del oxígeno del mundo, regula el clima global y proporciona un disipador 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 cálido, más ácido y más tormentoso que nunca.

Para ayudar a revertir el declive oceánico, las Naciones Unidas declararon el periodo 2021-2030 como el 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. La clave para entender mejor el océano es contar con más y mejores datos.

Sin embargo, recopilar datos sobre un sistema tan vasto y complicado como el océano es enormemente costoso. 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 costo y riesgo es que vastas áreas de la superficie del océano aún permanecen inexploradas. Persisten enormes lagunas de conocimiento sobre el cambio climático, la contaminación por plásticos, la degradación del hábitat, la conservación de la vida marina y otros temas importantes.

“La mayoría de los datos oceánicos que tenemos están sesgados hacia donde están las rutas marítimas comerciales”, dice Phaneuf. “Para explorar el resto no podemos permitirnos, como sociedad, seguir construyendo gigantescos buques de investigación de 50 a 100 millones de dólares. Incluso si lo hiciéramos, nunca tendríamos suficiente. Pero al mismo tiempo, no podemos permitirnos ignorar la creciente necesidad de investigación marítima".

Los buques de investigación autónomos como el MAS, integrados con otras redes costeras de barcos y satélites, pueden recopilar datos sobre el océano a una escala y una rentabilidad mucho mayores de lo que es posible con la relativamente pequeña flota actual de buques de investigación con tripulación. "Por eso me interesaba usar la robótica y la autonomía en la exploración marítima. Abre partes del océano que simplemente no son accesibles para los humanos", dice Phaneuf.

Tal y como lo concibieron ProMare y el proyecto MAS, el futuro de la investigación oceánica es una combinación híbrida de buques y dispositivos con y sin tripulación, grandes y pequeños, con diversos grados de autonomía, todos trabajando juntos para aumentar la cantidad y la 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 para trasladar a las personas", dice Phaneuf. "Y no es sorprendente que con MAS, eso sucede en los barcos. Siempre han estado a la vanguardia".

Sí, sí Capitán AI

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. MAS también está equipado con navegación inerte de precisión, posicionamiento del sistema de navegación global por satélite (GNSS), sensores de radar, comunicaciones satelitales e instrumentación meteorológica.

Construido en Polonia según las especificaciones de ProMare, el buque de 5 toneladas y 15 metros de largo tiene muchas características de arquitectura marina avanzada, todas diseñadas para soportar el estrés de 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 computación cognitiva de IBM, ya probada en otras industrias, la que pilota este nuevo tipo de barco y ayuda a mantenerlo en equilibrio.

“Necesitábamos ir más allá de la tecnología existente para los buques no tripulados para crear una embarcación que no solo sea operada de forma remota y que no simplemente reaccione al medio ambiente, sino que aprenda y se adapte de forma independiente”, dice Don Scott, Director de Ingeniería del Grupo Submergence, una filial de ProMare. “Cuando concebimos esta nave hace cuatro años, no estaba seguro de que íbamos a ser capaces de albergar un sistema como este en un barco. Pero los avances recientes, especialmente en el edge computing, lo han hecho posible”.

El equipo ha apodado como "Capitán IA" al "cerebro" que está a bordo y que le da a MAS plena autonomía (es decir, la capacidad de operar sin la intervención humana). Al igual que cualquier capitán humano, requiere años de formación antes de que se le confíe una nave, el capitán IA del MAS se sometió a años de entrenamiento para aprenderse las cuerdas.

Utilizando algoritmos y modelos de inferencia generados por la tecnología de visión informática IBM Visual Insights, el capitán IA se capacitó en más de un millón de imágenes náuticas para reconocer barcos, escombros, puentes, piezas de tierra y otros peligros. Los servidores de IBM Power Systems se utilizaron para satisfacer las demandas significativas de procesamiento de aprendizaje automático necesarias para la capacitación del Capitán IA. IBM CPLEX Optimizer proporcionó el modelado matemático adicional para el respaldo de las decisiones.

Tan pronto como el Capitán IA recibe datos procesables de las cámaras de a bordo, radar, sonar, AIS y otros equipamientos, se basa en el sistema automatizado de gestión de reglas de IBM, llamado IBM Operational Decision Manager (ODM) para seguir las Regulaciones Internacionales para la Prevención de Colisiones en el Mar (ColReGS) y otras convenciones de navegación marítima. Utilizado ampliamente en toda la industria de servicios financieros para aprobar préstamos y personalizar las ofertas de los clientes, ODM proporciona un registro transparente de los procesos de toma de decisiones para evitar casos de "caja negra" cuando no está claro por qué se tomó una decisión en particular.

Para detectar su entorno y tomar decisiones inteligentes de forma independiente sin tener que conectarse a una computadora en el extranjero, MAS tiene 15 dispositivos informáticos de borde para procesar datos a bordo. La lógica de decisión, basada en el software ODM, también se ejecuta como una carga de trabajo de borde en el barco.

Todos los dispositivos de borde están orquestados de manera segura por IBM Edge Application Manager, que despliega un software en los sensores ubicados en el borde de la nave. IBM Maximo Application Suite realiza una gestión y un mantenimiento inteligentes de los activos. "He llamado a MAS el dispositivo edge definitivo", dice Scott. "Todas las cámaras son dispositivos edge inteligentes. Incluso el sistema de gestión de baterías es un dispositivo edge inteligente".

Una vez en marcha, el Capitán IA de MAS se basa en las recomendaciones de ODM y 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 realizar la misión de investigación en cuestión.

IBM Cloud e IBM Cloud Object Storage, que están diseñados para admitir cargas de trabajo críticas en todas partes, incluso en medio del océano, mantienen todos los datos y aplicaciones perfectamente integrados, seguros y conectados desde todos los bordes de la red de MAS .

Una función de Safety Manager, que se ejecuta en Red Hat Enterprise Linux (enlace externo), también detiene las decisiones del Capitán IA para ayudar a garantizar la seguridad del MAS y los buques cercanos.

A medida que la capacitación del Capitán IA continúa y registra más horas de autonomía en el mar, ProMare ya está pensando 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 se puede desplegar en embarcaciones tripuladas”, dice Phaneuf. “Puede aumentar la capacidad de ejecutar una tarea y liberar la parte creativa de una persona para ser un mejor humano, y en este caso, un ser humano más seguro”.

Equilibrio en el barco para la ciencia y el comercio

A pesar de las interrupciones relacionadas con la pandemia mundial de COVID-19, los aspectos clave del proyecto MAS se lograron en 2020. Incluso cuando se estaba completando la construcción del buque, el equipo de ProMare e IBM desarrolló y probó el Capitán IA en una estación de investigación y desarrollo de Plymouth. Situada en el puerto principal de la ciudad desde el extremo de un muelle, la estación R&D experimentó toda la acción de un puente de mando y fue crucial para enseñar al Capitán IA a reconocer y navegar alrededor de barcos, boyas y otros peligros acuáticos.

A medida que el casco principal y de balancín del buque se transportaban de Polonia a Inglaterra para su ensamblaje final, comenzaron los trabajos más detallados respecto al 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 usarse o no, en función de los temas de investigación. IBM Research ha desarrollado tres proyectos de investigación iniciales para 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 realmente me entusiasma de este proyecto es que usaremos tecnologías con las que trabajo todos los días para revolucionar la forma en que capturamos datos en el océano", dice Rosie Lickorish, investigadora e ingeniera de software de IBM que también tiene experiencia en el océano. "Utilizaremos IA, autonomía, robótica y edge computing para crear nuevos sensores y dispositivos que nos permitan escalar de manera mucho más eficiente la forma en que 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 se lanzó al puerto de Plymouth. También se lanzó Mas400.com (el enlace se encuentra afuera de ibm.com), un portal de misiones en vivo que permite al mundo seguir el proyecto MAS y recibir actualizaciones sobre sus viajes.

Ahora que MAS está en el agua, el buque se someterá a varios meses de pruebas en el mar y misiones de investigación, previo a su viaje inaugural desde el Reino Unido hasta Estados Unidos, programado para abril de 2021. "Utilizaremos sensores a bordo del barco para calibrar las lecturas [de satélites y sensores cercanos]", dice Lickorish. "Eso nos proporcionará información valiosa para temas como envíos y puertos".

Las lecciones aprendidas del MAS no solo 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 exploración de petróleo y gas, y las industrias relacionadas con la seguridad y la defensa.

“Si bien el mercado de transporte marítimo autónomo crecerá de 90 mil millones de dólares en la actualidad a más de 130 mil millones de dólares para 2030, muchos de los barcos autónomos de hoy en día solo están automatizados: son robots que no se adaptan dinámicamente a nuevas situaciones y dependen en gran medida de la anulación del operador”, dice Scott. “Por medio de un conjunto integrado de tecnologías de IA, nube y borde de IBM, nuestro objetivo es darle al Mayflower la capacidad de operar de forma independiente en algunas de las circunstancias más desafiantes del planeta”.

Conforme continúa la cuenta regresiva para el inicio del viaje de MAS, que consiste en 3,220 millas 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 global”, dice Phaneuf. “Seguiremos usando MAS como plataforma durante muchos años en el futuro y, con suerte, ella también inspirará a la próxima generación de barcos”.

A medida que se acerca abril de 2021, Phaneuf y su equipo piensan en el cruce original del Mayflower y comparten muchas de las mismas esperanzas y temores que sintieron los peregrinos cuando se embarcaron en lo desconocido. "Creo que lo que más tenemos en común con ellos es que tampoco estamos seguros de que lo lograremos. Pero estamos dispuestos a asumir el riesgo", dice Phaneuf. "Me enfoco en obtener los recursos que necesitamos con la ayuda de nuestro equipo e IBM en particular. No creo que me relaje hasta que MAS cruce el océano y se amarre en Plymouth, Massachusetts".

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Información acerca de ProMare

Fundada en 2001 para promover la investigación y exploración marítimas, ProMare (el enlace se encuentra fuera de ibm.com) es una corporación sin fines de lucro y una organización benéfica 501(c)(3) con sede en Chester, Connecticut. Su equipo de arqueólogos experimentados y profesionales marinos ejecuta proyectos de investigación de forma independiente y con organizaciones académicas, corporativas, 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, abril de 2022.

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