POLARIS: el dron subacuático de ETH Zurich que mapea el hielo lacustre con un sistema RTK-GPS bajo la superficie

Medir el espesor del hielo en lagos congelados de forma manual, perforando agujeros en la superficie, es un proceso lento, laborioso y peligroso, especialmente cuando se requieren mediciones extensas para evaluar la seguridad de personas o vehículos. Ante esta problemática, un grupo de estudiantes de ingeniería de la ETH Zurich ha desarrollado POLARIS, un vehículo subacuático autónomo (AUV) de 30 kilogramos diseñado para realizar esta tarea crucial desde la parte inferior del hielo.

POLARIS está equipado con un ordenador NVIDIA Jetson AGX que gestiona la navegación, el procesamiento de los datos de los sensores y la visión por computador. Seis propulsores proporcionan seis grados de libertad, permitiendo al AUV moverse y rotar en cualquier dirección mientras mantiene su posición bajo la capa de hielo. Gran parte de su hardware electrónico se encuentra en una bandeja extraíble, que también alberga un bloque de hormigón que actúa como lastre para su estabilidad.

La comunicación y la navegación bajo el agua presentan desafíos significativos debido a que las señales de radio convencionales no viajan eficazmente en este medio. Para la navegación general, POLARIS utiliza un sistema de posicionamiento acústico de línea de base corta (Short Baseline), compuesto por una baliza en el vehículo y tres hidrófonos en la superficie. Las diferencias en los tiempos de llegada de los pulsos acústicos permiten una precisión de posicionamiento de uno a dos metros.

Para cumplir su misión principal, POLARIS utiliza transductores orientados hacia arriba que emiten pulsos hacia el hielo. Los ecos recibidos de las diferentes interfaces dentro de la capa de hielo se utilizan para calcular su espesor. Sin embargo, el hielo alpino, como el encontrado en el lago Theodul en los Alpes suizos donde se realizaron las pruebas, no es una masa homogénea; la nieve puede formar aguanieve y múltiples capas de hielo sumergidas, lo que complica la interpretación de los datos acústicos.

Debido a estas complejidades, el equipo integró un método de respaldo. El vehículo asciende hasta que su radomo toca físicamente el hielo, y luego utiliza un sensor de presión hidrostática para determinar su profundidad. Con las dimensiones conocidas del vehículo y la altitud de la superficie del hielo, el sistema puede calcular el espesor a partir de estas mediciones.

Durante las pruebas, POLARIS demostró su capacidad para navegar con éxito entre dos orificios separados por diez metros y, posteriormente, realizar levantamientos autónomos en cuadrícula. Las mediciones de tramos más grandes, incluyendo una cuadrícula de 30 por 30 metros con 16 puntos de ruta, se procesaron para generar mapas codificados por colores que mostraban las variaciones en el espesor del hielo. Esta capacidad convierte a POLARIS en una alternativa eficaz para el estudio de grandes extensiones de hielo, optimizando la seguridad y la eficiencia en comparación con los métodos de medición manual.