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Desarrollan una "arquitectura" de comunicación para rescate de personas y telemedicina

En un caso, permitirá operar vehículos no tripulados capaces de realizar búsquedas en lugares inaccesibles para los humanos. En el otro, realizar consultas médicas especializadas a distancia, desde cualquier parte del mundo. Es en la UNRC

Parecía una vieja quimera futurista, pero las telecomunicaciones sepultaron aquella fantasía. Hablar de drones, equipos médicos o máquinas industriales teleoperados a distancia, desde cualquier lugar del mundo, es una realidad.

Un equipo de investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Río Cuarto trabaja en ello. Su objetivo no es construir robots autónomos, sino ocuparse de un factor clave para la automoción del futuro: diseñar una arquitectura de comunicación para sistemas de teleoperación de drones en situaciones de búsqueda y rescate de personas.

Es la continuidad de un arduo trabajo de investigación que concluyó con éxito hace un par de años atrás con el desarrollo de una arquitectura de comunicación para ser aplicada en telemedicina. Lograron que un grupo de profesionales médicos reunido en un congreso realizado en la ciudad de Córdoba pudiera monitorear en tiempo real (latencia menor a 100 milisegundos) los parámetros fisiológicos de una persona aquí en Río Cuarto.

No es la arquitectura que habitualmente se conoce, aquella que proyecta la edificación de moles de cemento. En el campo de las telecomunicaciones, es lo contrario, a pesar de que alude a un proceso de construcción. En este último caso es intangible, es todo aquello que no se puede ver, pero que permite que innumerables y complejos sistemas que se sustentan en la informática funcionen. Es, en términos más específicos, una estructura organizada jerárquicamente con el fin de permitir el intercambio de datos entre niveles lógicos semejantes en diferentes máquinas o terminales de la misma o distinta red.

El Grupo de Investigación y Desarrollo Aplicado a las Telecomunicaciones (Gidat) de la Facultad de Ingeniería de la UNRC, que integran entre otros los ingenieros Fernando Corteggiano y Sebastián Tosco, bajo la dirección del doctor Livio Sebastián Maglione (Grupo de Ingeniería Aplicada al Sistema Agroalimentario - Giasa), viene trabajando en un proyecto de investigación sobre “arquitectura de comunicación para sistemas de teleoperación de vehículos aéreos no tripulados sobre internet”, particularmente para la búsqueda y rescate de personas.

Para que la teleoperación de un vehículo no tripulado sea posible, es necesario un conjunto de tecnologías. Aquí es donde las telecomunicaciones tienen una cuota de responsabilidad mayúscula. Han evolucionado vertiginosamente, permitiendo realizar la operación remota de diversos dispositivos, en especial en situaciones en las que hay peligro para la vida humana o cuando resulta imposible el desplazamiento de personal debido a la inaccesibilidad de la zona.

Búsqueda y rescate de personas

Los drones son una herramienta fundamental en la tarea de búsqueda y rescate de personas desaparecidas y, más aún, cuando en estos casos la carrera es contra reloj.

Estas aeronaves no tripuladas son portables y fácilmente desplegables en casi todo tipo de entorno. Son hoy una herramienta necesaria para los servicios de emergencia.

Sus ventajas son múltiples. Resultan mucho más económicas que el uso de helicópteros o avionetas; permiten ahorrar tiempo, de por sí muy escaso en situaciones de emergencia; pueden llegar a cualquier sitio, por sobre las posibilidades de los humanos y reducen considerablemente los riesgos de accidentes.

Pero para que funcionen correctamente es necesaria la estructuración del sistema que, idealmente, se crea en etapas tempranas del desarrollo. “Al realizar un tipo de arquitectura de software, se debe definir la tecnología adecuada, con una base sólida que se adapte a diferentes proyectos de innovación y que permita ajustarse a las necesidades. Así, se logrará un mejor uso de los métodos que se implementen, un óptimo mantenimiento del software y un alto rendimiento”, destacaron los ingenieros Corteggiano y Tosco.

Uno de los objetivos principales de este equipo de investigadores universitarios es superar las limitaciones que evidencia este tipo de sistemas de comunicación remota y que en algunos campos son determinantes.

Las aplicaciones basadas en la teleoperación a través de internet son muy diversas. Sin embargo, cuando se refiere al control utilizando la red de redes, este está caracterizado por diferentes propiedades. La principal característica y limitación de la teleoperación por internet es el retardo variable en la comunicación. “Este problema no resulta significativo si se trata de una mera transmisión de paquetes de información. Sin embargo, cuando internet se convierte en un vínculo de comunicación a través del cual se envían comandos de control y se recibe información sensorial en tiempo real, el retardo de comunicación es un factor crucial en la estabilidad y desempeño del sistema”, explicó el ingeniero Tosco.

Los especialistas del Gidat vienen realizando estudios experimentales para obtener la arquitectura capaz de satisfacer los requerimientos de un sistema de comunicación para la teleoperación de drones en escenarios de búsqueda y rescate.

Los primeros ensayos para poner a prueba esa arquitectura de comunicación incluyeron el uso de un cuadricóptero y de un vehículo terrestre, que lograron operar exitosamente a distancia a través de internet.

Sin embargo, “el objetivo mayor es poner en vuelo un drone de ala fija de dos metros de envergadura, que por su tamaño y cualidades técnicas resulta el más apto para misiones de búsqueda y rescate de personas”, señaló Corteggiano.

Se trata de un vehículo aéreo de importantes dimensiones y costo, por lo que los ingenieros universitarios implementaron un sistema virtualizado de emulación, para realizar ensayos previos antes de poner el aparato en el aire.

En dicho sistema, el operador humano envía comandos al sitio remoto en tiempo real. Sin embargo, la realimentación de señales al operador es producto de una simulación basada en el modelo del avión remoto virtual.

Los sistemas de teleoperación de vehículos no tripulados son sumamente complejos. “Mínimamente, implican poner en comunicación a un operador humano que maneja el dispositivo de telecomando, un vehículo no tripulado, un canal de comunicación entre ellos y el medioambiente sobre el cual se desplaza el vehículo, a lo que debe sumarse la transmisión de datos en tiempo real y la posibilidad de que otros participantes se incorporen a la red”, precisaron estos investigadores y docentes de la Facultad de Ingeniería.

Tosco y Corteggiano destacaron que la motivación inicial del proyecto de investigación fue “utilizar drones como instrumento para la búsqueda y rescate de personas en situaciones de riesgo, con el aporte del tratamiento digital de la imagen obtenida de la cámara a bordo. Y, tras meses de trabajo, obtuvimos algunos resultados interesantes”.

Agregó Tosco: “Pudimos demostrar que la plataforma que utilizamos como herramienta para organizar la comunicación entre diferentes computadoras y uno o varios drones es muy potente. Esto permitió compartir en la red de datos (internet) la información, tanto de los parámetros de vuelo para comandar el vehículo aéreo no tripulado como la visualización de las cámaras a bordo con el fin de aplicar los algoritmos que permitan la detección de los objetos de interés”.

Salvar vidas a distancia

Las próximas generaciones de sistemas de teleoperación plantean importantes desafíos relacionados con el desempeño de las redes de comunicaciones, las tecnologías de software y la seguridad de los datos. Como se sabe, en internet se producen varias situaciones que atentan contra la comunicación entre extremos: retardos, variación del retardo (jitter), pérdida de paquetes y bloqueo de puertos por cortafuegos (firewalls), las cuales pueden generar inconvenientes cuando se implementan aplicaciones de telemedicina en tiempo real, como telediagnóstico, telecirugía (cirugía remota) u otras aplicaciones sensibles.

Por eso, este grupo de investigadores del Gidat también se propuso desarrollar una arquitectura de comunicación de teleoperación en tiempo real para telemedicina.

¿Y qué es la telemedicina? Se podría decir que es un acto médico que se realiza sin contacto físico directo entre el profesional y el paciente, o entre profesionales entre sí. En otras palabras, la telemedicina utiliza las tecnologías de la información y las telecomunicaciones (por medio de los sistemas telemáticos) para proporcionar o soportar la asistencia médica, independientemente de la distancia.

“Lo que buscábamos era permitir el monitoreo y la comunicación de datos, la segurización de la red, la incorporación de nuevos participantes de la red y la transmisión en tiempo real, actuando de manera transparente a los cortafuegos de red (parte de un sistema o una red informática diseñada para bloquear accesos no autorizados)”, remarcó Tosco.

Este proyecto concluyó hace algo más de dos años, pero su arquitectura de comunicación es la que hoy se está ampliando y perfeccionando en el marco del trabajo de investigación que el Gidat viene llevando a cabo para el desarrollo de un sistema de búsqueda y rescate de personas.

“Los resultados que obtuvimos con aquel proyecto demostraron que el sistema que desarrollamos era capaz de satisfacer los requerimientos de implementaciones de telemedicina sobre internet”, subrayó el ingeniero Corteggiano.

“El sistema permite que diferentes nodos remotos de atención médica (por ejemplo, dispensarios, centro de salud e incluso ambulancias) accedan a diversas instancias de consultas médicas especializadas. Además, es posible vincular el sistema de comunicaciones con servicios de Big Data y Cluster de Computación, los cuales pueden brindar servicios especializados para diagnóstico automatizado y registro de eventos”, reseñaron los investigadores de la UNRC.

Destacaron: “La idea propuesta puede implementarse a distintas escalas, como en el ámbito intra-hospitalario (hospitales y clínicas cuyos profesionales, dependencias y pacientes estén interconectados); en el ámbito de la medicina ambulatoria (con la correcta selección de equipamiento de comunicaciones es posible brindar asistencia a los paramédicos para un mejor cuidado del paciente durante el traslado); en el ámbito interhospitalario (es posible con esta arquitectura vincular varios centros de atención médica para realizar juntas médicas a distancia), y en el ámbito privado (es posible pensar en servicios de monitorización y control de pacientes a través de la red celular)”.

Corteggiano y Tosco detallaron que, como caso particular, “se transmitió la biometría en tiempo real vía internet y se visualizaron dichos datos tanto en ordenadores como en dispositivos móviles, ya sea desde redes cableadas, inalámbricas y móviles. Los datos biométricos sensados correspondieron a un electrocardiograma generado a partir de un kit educativo. La calidad de los datos resultó apropiada para la evaluación del estado de un paciente en situación de emergencia”.

“En virtud a los resultados obtenidos, consideramos que esta plataforma es una buena opción para implementar sistemas de teleoperación aplicados a telemedicina, para permitir que médicos, instituciones y pacientes estén conectados con el fin de lograr un mejor cuidado de la salud. Como trabajo futuro, se pueden anexar capacidades de procesamiento de información (Big Data) que asistan al médico para un diagnóstico temprano de enfermedades. Queda como un desafío hacia adelante implementar dicho tipo de escenarios. Además, sería muy oportuno realizar la sintonización del sistema de forma automática y en tiempo real, utilizando diferentes predictores”, consideraron los ingenieros de la Universidad local.

Los sistemas informáticos aumentan sus capacidades y, con la creación de internet y de redes de comunicación semejantes en el mundo, las aplicaciones que antes parecían de ciencia ficción hoy son parte de la realidad, desde monitoreos médicos hasta el aprendizaje a distancia y la transmisión de datos en milisegundos de un continente a otro. Pero este es un campo que apenas comienza a ser explorado y tiene muchas aplicaciones.

Fredy Dutra. Prensa UNRC