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Por: Luis Pastor Sánchez Fernández, Mario Eduardo Rivero Ángeles y Carlos Sebastián Maya Rojina
Fotos: Leonardo David Maya Rojina
*Este texto se publicó bajo el título Ojos en el bosque contra crisis climática
Los bosques albergan más del 80 por ciento de especies terrestres de plantas y animales, protegen la diversidad biológica, son parte fundamental del ciclo del agua y juegan un papel esencial en el combate del cambio climático.
Sin embargo, se ven constantemente amenazados por diversos factores, como lo son la tala inmoderada, muchas veces ilegal, desertificación, cambio de uso de suelo e incendios forestales. Estos últimos, en México, son atribuidos a las actividades humanas en un 99 por ciento y de acuerdo con la Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (Semarnat) lo convierte en una responsabilidad que debemos afrontar como humanidad.
En el Centro de Investigación en Computación (CIC), del Instituto Politécnico Nacional (IPN), en colaboración con la Reserva Ecológica del Pedregal de San Ángel (REPSA), buscamos aportar con tecnología para ayudar a combatir los incendios forestales y consideramos que un modelo computacional con una red de sensores para monitoreo y prevención es lo ideal para lograrlo.
La REPSA es un ecosistema único en el mundo, nació de la erupción del volcán Xitle hace 1670 años y empezó a ser habitado por formas de vida hace aproximadamente mil 500 años (lo que lo hace un ecosistema relativamente nuevo). En la actualidad se encuentran aproximadamente 60 proyectos de investigación en desarrollo, tales como estudios sobre libélulas, murciélagos, la zorra gris, agaves, etcétera.
Se encuentra ubicada en Ciudad Universitaria (CU), lo que implica una constante interacción con humanos, por la naturaleza de su origen, está compuesta por piedra volcánica con relieve muy accidentado, lo que permite coexistir en el mismo espacio a especies muy diferentes entre sí, como el cactus, que necesitan poca agua y mucha luz directa; y las orquídeas que, al contrario de los cactus, necesitan un ambiente húmedo y luz indirecta.
El monitoreo del bosque lo realizan elementos llamados módulos sensores, dispositivos sencillos que operan de manera independiente y autónoma, constan de un procesador, un comunicador, diversos tipos de sensores, batería y memoria. Aunque sencillos, cuando trabajan en equipo forman una Red de sensores.
Se emplean para entornos considerados “hostiles”, ya sea por las condiciones climáticas y/o la falta de acceso a una fuente de energía segura y constante y para tareas que requieren un tamaño reducido, lo que limita su capacidad de procesamiento, memoria y tamaño de batería.
Para que sean viables es necesario que sus componentes sean económicos, para poder cubrir un área extensa a bajo costo, descartar los módulos comerciales ya existentes y exigir un análisis cuidadoso de las variables del sistema y de los requerimientos del mismo para el diseño de los módulos, así garantizar que cumplirán con su función.
Hay una complejidad agregada cuando hay que coordinar los módulos para tareas específicas donde es necesario hacer uso eficiente de la poca batería disponible y algoritmos que no dependan de una comunicación continua entre los módulos, ya que el envío de datos a distancia suele ser el mayor factor de consumo energético.
El problema de la prevención es complejo, ya que hay días en donde muchas de las variables ambientales eran muy probables para que ocurriera un incendio, pero no sucedió, ya que no hubo un fuego iniciador, así como días donde quizás la vulnerabilidad era poca, pero por factores humanos se desató un incendio, quizás una fogata mal apagada, días donde la vulnerabilidad era muy alta y el incendio se desató por un pequeño incidente como una colilla mal apagada.
En colaboración con la REPSA se están desarrollando modelos computacionales a través del uso de técnicas como redes neuronales o clasificadores basados en estadística, para poder predecir con 24 horas de anticipación cuándo se podría producir un fuego en la reserva; y alimentar el sistema se utilizan los datos meteorológicos (humedad y temperatura) y los días en los cuales ocurrieron incendios en los últimos 22 años.
Asimismo, se trabaja en modelos de inferencia difusa para generar indicadores de la vulnerabilidad de determinada zona, para que se inicie, se propague un incendio y poder emitir acciones preventivas y de monitoreo al cuerpo de bomberos.
Con el objetivo de predecir de forma más exacta la forma de incendios, está en desarrollo un simulador que utiliza autómatas celulares, emula el comportamiento de los incendios bajo diferentes condiciones de la cantidad de combustible vegetal (si es pasto, arbusto o árboles), velocidad y dirección del viento y la vulnerabilidad del combustible a prenderse, por ejemplo, qué tanta humedad retiene.
Los autómatas celulares son un método de simulación cuya primera característica es que tienen un espacio y un tiempo discretos, lo que significa que, por ejemplo al procesar los eventos del simulador, los tiempos no son de manera continua (como un reloj de arena que cae constantemente) si no que se dan por “saltos”, como un reloj digital (1, 2, 3, 4, sin tiempos intermedios como 1.23415, 1.23416… ), de la misma forma con el espacio, se delimitan áreas con comportamiento idéntico y se les llaman “celdas”, las cuales se colocan una a lado de la otra.
Característica que hay un conjunto de reglas que definen el comportamiento de cada celda y todas manejan exactamente el mismo conjunto.
Es ventajoso este tipo de simuladores por su velocidad de procesamiento, así como la capacidad de simular fenómenos complejos, tales como el crecimiento de cristales, de poblaciones o, como es el caso, de incendios forestales, que utiliza reglas relativamente simples; se presentan fenómenos de emergencia, en donde el conjunto presenta comportamientos “nuevos” y más complicados que las reglas que definen el sistema.
Puedes buscar El Juego de la Vida del matemático británico John Horton Conway, si estás interesado en el tema.
Con el uso del simulador del incendio y un modelo matemático para estudiar el desempeño de la red de sensores se puede determinar la cantidad adecuada de
sensores a desplegar, así como la frecuencia/probabilidad del envío de datos que deben tener los sensores durante el desarrollo de un incendio.
Por tal razón buscamos que sean los suficientes datos como para poder hacernos una idea de cómo avanza el fuego (monitoreándolo), pero no tantos como para que las señales interfieran entre ellas, porque si se envían dos datos por radiofrecuencia al mismo tiempo en la misma frecuencia, generan interferencia entre ellos y se pierde la información, mientras tratamos de usar el mínimo de energía posible y con el costo de implementación más bajo.
Más que un desafío tecnológico, los incendios forestales son primordialmente un problema ecológico, con raíces en problemáticas sociales, económicas y políticas y que, por lo tanto, no se resolverá únicamente con la implementación de tecnología, pues se requieren campañas de educación y concientización sobre el medio ambiente.
Además de la ampliación de programas de gestión forestal, capacitación y voluntariado de los cuerpos de bomberos, cambio en las políticas de uso de suelo, entre otras medidas orientadas a la transformación del comportamiento que como humanidad tenemos hacia la naturaleza.
La tecnología de la red de sensores desarrollada eventualmente podrá desempeñar otras tareas más allá de las relacionadas con los incendios, tales como el estudio de microclimas, el mejoramiento de sistemas de inferencia de condiciones climáticas poder saber las condiciones de un lugar sin necesidad de tomar mediciones directas, si no que al utilizar la información de otros lugares y procesando los datos y con el agregado de otros sensores, como micrófonos, podría ser una herramienta útil para el seguimiento y estudio de especies en peligro de extinción o la detección de tala ilegal.
El objetivo de la red de sensores es convertirse en una herramienta más para el entendimiento, cuidado y protección de la vida en el planeta.
Este es un proyecto en construcción y de largo aliento, si te interesa la ciencia y tecnología y quieres hacer investigación para el cuidado de los ecosistemas o te gustaría aportar en algo o tienes dudas y te gustaría saber más, ¡acércate!, ¡tenemos las puertas abiertas y te necesitamos!
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