Inteligencia artificial: una aliada para el desminado humanitario

Inteligencia artificial: una aliada para el desminado humanitario

Históricamente, Colombia ha sido reconocida a nivel global por ser el país de mayor producción de café suave del mundo, el segundo más biodiverso del planeta por kilómetro cuadrado y el único de América del Sur con acceso a costas en los océanos Pacífico y Atlántico ―este último a través del mar Caribe―. Pero, aunque su riqueza es múltiple, desde 1960 este territorio también ha sido testigo de uno de los conflictos armados más prolongados de la historia, librado entre las Fuerzas Armadas colombianas y las guerrillas, paramilitares, carteles del narcotráfico y bandas delincuenciales de crimen organizado. 

La intensa disputa entre el Ejército Nacional y las guerrillas de las FARC y el ELN durante la segunda mitad del siglo XX incluyó el uso de minas antipersonal (MAP) de fabricación industrial como instrumento estratégico de guerra. La expansión de este recurso bélico en los 32 departamentos del territorio colombiano fue una de las razones para que, en 1980, la comunidad internacional restringiera el uso de minas, mediante el Protocolo II de la Convención sobre Ciertas Armas Convencionales (CCW, por su sigla en inglés) y la Convención de Ottawa, en 1997, y convocara a un ejercicio de desminado humanitario. No obstante, las guerrillas, con el fin de cuidar sus campamentos, evitar cercos y apuntalar la retirada de las Fuerzas Armadas en medio de los combates, implementaron el uso de minas artesanales hechas a base de recipientes metálicos, latas de cerveza, plásticos y, en algunas ocasiones, madera ―dificultando su detección―, con metralla casera preparada con clavos, vidrios y trozos metálicos. Aunque el programa Descontamina Colombia, del Gobierno nacional, asegura que, desde 2012, 391 municipios han sido declarados libres de sospecha de minas antipersonal y que el 73 % del territorio se encuentra libre de ellas, en marzo de este año el Comité Internacional de la Cruz Roja aseguró que en 2017 la cifra de víctimas fue de 57, en 2018 subió a 221 y en 2019 se registraron 352. Cerca de una víctima por día. 

Con la asesoría del profesor Carlos Alberto Parra, doctor en Ingeniería de la Universidad de Toulouse III, en Francia, su colega Johana María Flórez desarrolló recientemente un sistema de inteligencia artificial capaz de detectar información en terreno para identificar la posible ubicación de minas antipersonal, particularmente minas artesanales, que normalmente son difíciles de encontrar con los artefactos de búsqueda.

 

Los sensores operan tanto de forma independiente como colaborativa, de acuerdo con una lógica de coordinación asincrónica. 

 

Para el proceso de creación de este dispositivo, llamado Sistema de Toma de Decisiones para Percepción Activa y Heterogénea (DMS-HAP, por su sigla en inglés), Flórez, quien también es doctora en Ingeniería de la Pontificia Universidad Javeriana, tomó como referente los avances recientes en robótica móvil y aprendizaje de máquina, con el fin de encontrar instrumentos tecnológicos y dispositivos electrónicos que permitieran rastrear minas bajo tierra, así como la experiencia del grupo de investigación javeriano Sistemas Inteligentes, Robótica y Percepción (SIRP), el cual ha venido trabajando en tecnologías para la detección de minas desde 2003. 

Producto de esta labor, la investigadora javeriana empleó cinco sensores diferentes: un dispositivo digital para medir la temperatura en un área circular; un radar de penetración terrestre equipado con dos antenas, una para la transmisión de una onda electromagnética y la otra para la recepción de la reflexión de estas sobre la tierra; y tres cámaras Nikon D5200, dotadas con distintos filtros para capturar diferentes longitudes de onda, uno para la detección de radiación infrarroja, otro para la captura de imágenes digitales estándar en formato RGB (sigla de red, green, blue), y el último para capturar la información en el rango de rayos ultravioleta (UV).

 

Entre 1990 y 2020, se han registrado 11.947 víctimas por minas antipersonal, según el Departamento Administrativo de la Presidencia de la República. 

 

Equipados con un sistema de procesamiento de señales que comparten información entre sí, integrados a través de un sistema de toma de decisiones basado en técnicas de inteligencia artificial ―como redes neuronales, algoritmos genéticos y lógica difusa― y sostenidos por una estructura de hardware en forma de araña, estos dispositivos hicieron posible la recolección de datos en campo. Posteriormente la información fue procesada para ajustar los algoritmos en relación con el contexto de aplicación y con la detección de minas antipersonal, así como también para generar un consenso sobre la existencia o no de objetos peligrosos en el terreno a través de un sistema de múltiples agentes. 

Luego de cinco años de investigación y del trabajo colaborativo entre los académicos javerianos y los profesores Mario Góngora y Fabio Caraffini, del Instituto de Inteligencia Artificial de la Universidad de Montfort, en Reino Unido, fue posible lograr que “la red de sensores reconociera con éxito los dispositivos con una precisión del 80 % en condiciones de buena iluminación”, puntualiza Flórez. 

De acuerdo con la Dirección para la Acción Integral Contra Minas Antipersonal (Aicma) de la Oficina del Alto Comisionado para la Paz, entre 1990 y marzo de 2017 se registraron cerca de 11.481 víctimas ocasionadas por la detonación de minas antipersonal y remanentes explosivos de guerra, de las cuales 7028 son de la Fuerza Pública y 4453, civiles.

Teniendo en cuenta los retos actuales en materia de desminado humanitario en Colombia, como la lentitud de las plataformas terrestres de detección de minas en campo y la exposición al peligro de las unidades tácticas militares, este proyecto javeriano surge como una alternativa capaz de aumentar la precisión en la búsqueda de explosivos artesanales en el territorio, y de reducir, a través del aprendizaje automático de máquina, la tasa de localización de falsos positivos de minas en el país, así como automatizar el trabajo que actualmente desarrollan el Ejército Nacional y la Armada Nacional de forma manual con instrumentos barreminas y el despliegue de caninos detectores de minas (CDM).

“Ahora, el paso a seguir con esta investigación es desarrollar sensores más pequeños para tomar más muestras en campo, integrarlos en un sistema robótico móvil, como los drones, y probar nuevas técnicas de inteligencia artificial para seguir reduciendo la tasa de error en la detección de minas”, finaliza Flórez. 

Para leer más: Flórez Lozano, J. et al. Cooperative and Distributed Decision-Making in a Multi-Agent Perception System for Improvised Land Mines Detection. Information Fusion (a través de Elsevier), 2020. 

Flórez Lozano, J. et al. “A Robust Decision-Making Framework Based on Collaborative Agents”. IEEE Access, 2020.  

Flórez Lozano, J. et al. Training Data Set Assessment for Decision-Making in a Multiagent Landmine Detection Platform. IEEE World Congress on Computational Intelligence WCCI, 2020. 

Colreavy-Donnelly, S. et al. “Shallow Buried Improvised Explosive Device Detection Via Convolutional Neural Networks”. Journal Integrated Computer-Aided Engineering, 2020. 


TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN: Desarrollo físico-mecánico de una estructura con múltiples sensores para desminado humanitario.
INVESTIGADORA PRINCIPAL: Johana María Flórez
COINVESTIGADORES: Carlos Alberto Parra, Mario Góngora, Fabio Caraffini.
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 2014-2019 

 

                             

Un dron para desminar el país

Un dron para desminar el país

El 7 de marzo de 2015 el conflicto armado colombiano, tan lleno de arbitrariedades, actos violentos, muertes y desplazamientos de poblaciones, recibió una promesa esperanzadora. Sucedió en Cuba, la sede de los diálogos de paz entre el gobierno colombiano y las FARC: allí, como un acuerdo más para desescalar el conflicto, ambas partes acordaron un protocolo para desenterrar las minas antipersonales sembradas a lo largo de los más de 60 años de confrontaciones.

“Significará llevar alivio a las zonas más afectadas por décadas de violencia. Será un trabajo en el que participarán miembros representantes de las FARC, sin uniforme, sin armas y previa suspensión temporal de las órdenes de captura, de acuerdo con la ley, para brindar la información requerida y acompañar el proceso de desminado”, aseguró Humberto de la Calle, jefe negociador, el día del anuncio, en el que también explicó que el Batallón de Desminado del Ejército colombiano trabajaría de la mano de una organización noruega experta en desminado.

Fue un anuncio con profundas repercusiones políticas y, al mismo tiempo, una voz de apoyo para el Grupo de Sistemas Inteligentes, Robótica y Percepción (SIRP) de la Pontificia Universidad Javeriana, adscrito a la Facultad de Ingeniería. Desde 2012, y liderados por Julián Colorado, profesor titular de Ingeniería Electrónica con un doctorado en Robótica, trabajan en el desarrollo de un robot aéreo que detecte y localice minas terrestres en campo abierto.

“¿Cómo nosotros, desde la ingeniería, podemos desarrollar metodologías y tecnologías que aporten en la detección y el desminado humanitario sin que se exponga la vida humana?” Esa fue la pregunta que Colorado y sus coinvestigadores formularon como punto de partida para iniciar el trabajo de investigación de De-MiBot: Robot aéreo para la detección de minas explosivas en campos rurales.

Aunque el proyecto se ha desarrollado en los últimos tres años, su historia es mucho más compleja: se remonta al año 2002, cuando el SIRP, en asocio con Colciencias y la Armada Colombiana, desarrollaron un primer robot para desactivar estos artefactos explosivos: Arcadio.

Se trataba de un dispositivo terrestre, con un brazo mecánico que permitía, a distancia, remover las minas. Fue el primero en obtener resultados tangibles, pero no reducía en alto grado la peligrosidad del desminado. Aun así, el grupo de investigación siguió trabajando en nuevos desarrollos. “Avanzamos en el tema de robótica y de tecnologías más seguras, de ahí que migráramos a los robots aéreos”, explica Colorado.

La quimera de las minas

Los datos de Medicina Legal reportan su muerte el pasado 29 de agosto: un hombre que salió a trabajar como todos los días en la vereda Agua Clara, del municipio de Puerto Guzmán, Putumayo, y nunca regresó a su casa. El cuerpo fue llevado al anfiteatro del pueblo y allí se determinó, por los rastros de pólvora, que había caído por culpa de un “artefacto explosivo improvisado” (AEI). Según la Dirección contra Minas de la Presidencia de la República, era la víctima registrada número 56 en el país por este tipo de artefactos en lo corrido de 2015.

La situación general es mucho menos alentadora. Las cifras oficiales del Ministerio del Postconflicto señalan que, entre 1990 y marzo de 2015, se reportaron 11.120 casos de víctimas por minas antipersonales y municiones sin explotar, de las cuales el 62% hacía parte de las fuerzas militares; el 38% eran civiles. El Centro Nacional de Memoria Histórica ha informado que el primero de estos artefactos explotó en 1982 en Suratá, Santander. Sin embargo, el país aún desconoce cuántas minas hay sembradas.

El Monitor de Minas 2014, el más reciente informe elaborado por la Campaña Colombiana contra las Minas, asegura que al menos 30 de los 32 departamentos están contaminados por artefactos explosivos, siendo
los más afectados Antioquia, Arauca, Caquetá, Meta, Nariño, Norte de Santander, Putumayo y Tolima. Las cifras más actualizadas por parte del Batallón de Desminado Humanitario (Bides) de las Fuerzas Armadas registran la destrucción de 170 aparatos y la limpieza de poco más de 468.000 metros cuadrados en 2013.

Es en este contexto donde la investigación del SIRP está llamada a brindar aportes. En la actualidad, los investigadores han completado tres fases de desarrollo en las que han refinado las técnicas de exploración visual, han perfeccionado radares de penetración de tierra y se han adentrado en las dinámicas de navegación autónoma.

El proyecto ha avanzado a través de la importación de piezas tecnológicas avanzadas y su integración en un modelo final: un robot aéreo tipo quadrotor equipado con radares y visores que se opera con un mando a distancia.

Desarrollo de radares GPR en casa

El primer prototipo desarrollado por el SIRP consiste en un robot en forma de X, con una hélice en cada uno de sus extremos; en su vértice está provisto con una cámara que permite georreferenciar un terreno e identificar patrones de ubicación, al tiempo que tiene un radar de penetración de tierra (emite frecuencias que, al rebotar, señalan artefactos enterrados) y una antena receptora. Toda esta arquitectura funciona a partir de un algoritmo que genera un mapa completo del terreno explorado y sobre el cual se ubican las minas detectadas.

El principal reto ha consistido en que la integración de la tecnología no contrarreste la capacidad operativa del robot, pues no podría levantar un peso superior a un kilogramo. “Estamos trabajando en miniaturizar la electrónica de estos radares para que sean más livianos”, asegura Colorado.

Todo el desarrollo y buena parte de las pruebas en entornos estructurados se han realizado en el edificio de la Facultad de Ingeniería en la sede Bogotá. Tanto en el Laboratorio de Robótica como en la terraza, donde se han dispuesto bancos de tierras, se han llevado a cabo experimentos de identificación de objetos enterrados.

“Son pruebas en terrenos estructurados, donde lo que está enterrado no son minas reales sino artefactos de igual morfología, con algún componente metálico y otros de plástico, enterrados a 15 centímetros de profundidad. Sobre ese terreno se prueban los algoritmos desarrollados”, continúa Colorado. Pruebas adicionales se han realizado en fincas de la Sabana de Bogotá, en terrenos con pasto seco. En total, se ha obtenido un porcentaje de identificación del 95%.

La investigación se adentra ahora en un terreno crucial: la fase de navegación, donde el equipo tendrá que resolver obstáculos esenciales para que el prototipo se mueva sin mayores contratiempos en terrenos selváticos. Entonces se pensaría en una patente, comercialización o venta, pero es muy temprano para siquiera saberlo.

“La fase en la que nos concentraremos involucra la evasión de obstáculos, la identificación de objetos en tiempo real… Es un reto al que tenemos que dedicarle tiempo”, augura Colorado, quien se muestra optimista porque los primeros resultados han contado con comentarios positivos por parte del Comité Científico del Programa de Acción para el Desminado Humanitario de la Presidencia de la República, el cual integran profesores de Ingeniería de la Universidad Nacional de Colombia, empresas como Indumil y las Fuerzas Militares.


Para saber más:
Descargar artículo
Descargar Pesquisa No. 34