La tecnología Fujitsu aprovecha datos de IA y drones submarinos para 'ocean digital twin'

Fujitsu ha anunciado los detalles de una tecnología que utiliza LiDAR e IA para adquirir datos 3D de alta resolución de organismos y otras características naturales; como arrecifes de coral, estructuras artificiales, infraestructuras de turbinas eólicas en el mar con vehículos submarinos autónomos (AUV), como parte de sus esfuerzos de I+D para crear el gemelo digital del océano. Los gemelos digitales creados con esta tecnología permitirán a los investigadores estudiar reproducciones altamente precisas de ecosistemas submarinos para predecir cambios en el medio ambiente, así como simular los posibles efectos de las medidas de conservación.

La tecnología se basa en una técnica de medición en tiempo real desarrollada originalmente por Fujitsu para su ‘Sistema de Apoyo a la Evaluación’, desarrollado en colaboración con la Federación Internacional de Gimnastas para ayudar a evaluar a los gimnastas. La cual permite escanear desde UAV móviles incluso cuando las corrientes y las olas hacen que las condiciones sean difíciles. La tecnología también aprovecha la IA de Fujitsu para la mejora de la imagen para corregir el color y aclarar las imágenes, lo que permite la identificación y medición precisa de objetivos de hasta varios centímetros, incluso en aguas turbias.

Para verificar la tecnología, Fujitsu realizó una prueba de campo en las aguas cercanas a la isla de Ishigaki, prefectura de Okinawa en Japón, junto con el Instituto Nacional de Investigación Marítima, Instituto Nacional de Tecnología Marítima, Portuaria y de Aviación (NMRI), adquiriendo con éxito datos 3D precisos para cartografiar arrecifes de coral. En el futuro, Fujitsu pretende ampliar los objetivos de medición de esta tecnología para incluir las algas marinas, que absorben una gran cantidad de carbono azul, creando un gemelo digital oceánico para los lechos de algas marinas para el año fiscal 2026. Esto apoyará a las empresas y a los gobiernos locales en la planificación de medidas como la estimación del carbono almacenado en los lechos de algas, medidas para conservar y cultivar nuevos lechos de algas, e iniciativas para promover y conservar la biodiversidad en los arrecifes de coral.

Fujitsu planea presentar los resultados detallados del ensayo de campo en las Reuniones de Primavera de la Sociedad Japonesa de Ciencia de la Pesca, que se llevarán a cabo del 27 al 30 de marzo de 2024.

Para apoyar los esfuerzos mundiales, combatir los efectos del cambio climático y preservar la biodiversidad de nuestros océanos, que cubren aproximadamente el 70% de la superficie de la Tierra, Fujitsu está trabajando en el desarrollo de la tecnología digital oceánica gemela que permite la verificación avanzada de las medidas relacionadas con el mar. El concepto de la tecnología de gemelos digitales oceánicos es utilizar vehículos todo terreno y satélites para reunir datos relativos a las características del ecosistema, incluida la distribución de la vegetación y las formas tridimensionales de la vida submarina, como las algas marinas y los arrecifes de coral, así como estructuras artificiales que afectan a los recursos acuáticos y al medio marino.

Fujitsu recopila estos datos para construir un modelo que cuantifique y simule los cambios en el medio ambiente y el crecimiento de los organismos que componen el ecosistema marino y lo utilice para la verificación preliminar de las medidas relacionadas con el medio marino. Por ejemplo, para pre-verificar las medidas relacionadas con el carbono azul, los datos 3D permiten a los investigadores determinar la biomasa de la vida vegetal en un área dada y calcular la cantidad de dióxido de carbono absorbido por ella. Biológico también se incorpora para realizar simulaciones de series temporales del crecimiento de organismos submarinos. Esto permite simular los cambios en la absorción de dióxido de carbono cuando se toma una medida de conservación de determinados ecosistemas marinos, incluido el estado de crecimiento de los organismos submarinos, y verificar de antemano la eficacia de las contramedidas contra el calentamiento global.

Para conservar los ecosistemas marinos y entender la cantidad de absorción de dióxido de carbono, es necesario adquirir datos de forma 3D de alta resolución con una resolución (4) dentro de varios centímetros, e identificar organismos submarinos y estimar su volumen. Las tecnologías existentes como el sonar acústico, por ejemplo, resultan insuficientes para esta tarea, sin embargo, la resolución se limita a unos 10 cm debido a problemas como el haz con limitaciones.

1. Mejora de imagen Tecnología de IA que restaura el color y el contorno de los sujetos submarinos

Fujitsu desarrolló una tecnología de IA de mejora de imagen que realiza el aprendizaje profundo optimizado para sujetos submarinos para crear imágenes 3D de alta resolución de organismos y estructuras subacuáticas, incluso de imágenes tomadas de aguas turbias donde el color está distorsionado y los contornos de los objetos están borrosos. Esta tecnología consta de dos tipos de IA: uno que logra la eliminación de turbidez y la restauración del contorno, corrigiendo el color original del sujeto y mejorando los contornos borrosos de los objetos objetivo para generar imágenes mejoradas antes de la conversión 3D. Esto evita errores durante el procesamiento 3D y el reconocimiento del sujeto, lo que permite medir la forma de cada objeto.

2. Tecnología de medición 3D submarina que permite la medición 3D en tiempo real desde un AUV en movimiento

Para medir en 3D en tiempo real bajo el agua, Fujitsu adaptó una tecnología de muestreo de alta velocidad que utiliza la emisión láser de ciclo corto y el escaneo de alta velocidad, que desarrolló para su “Sistema de soporte de juicio” desarrollado en colaboración con la Federación Internacional de Gimnasia para ayudar en el juzgamiento de gimnasia. Además, Fujitsu introdujo un dispositivo submarino de detección y medición de luz (LiDAR) (5) que permite seleccionar la longitud de onda adecuada para la medición según las condiciones del mar a partir de tres longitudes de onda láser. Esto no solo permitirá la medición tridimensional desde un submarino autónomo no tripulado en movimiento, sino que también permitirá medir objetos en movimiento mediante el desarrollo de tecnología para seguir el movimiento de los objetos.

Para confirmar la eficacia de esta tecnología, Fujitsu, en colaboración con NMRI, llevó a cabo un ensayo de campo (6) para recopilar datos submarinos automáticamente en tiempo real. Fujitsu equipó un sensor submarino que combina una cámara y LiDAR para la medición 3D en tiempo real, integrándolo en el “sistema conectado AUV-ASV” (7) desarrollado por NMRI. A partir de este experimento, se adquirieron con éxito en tiempo real datos 3D de alta resolución de objetos a escala centímetro, incluidas tuberías instaladas bajo el agua y arrecifes de coral.

Fujitsu continuará desarrollando tecnologías que puedan adquirir datos de forma fiable incluso en entornos difíciles (p. ej., fuertes corrientes y topografía desigual de los fondos marinos) y participar en medidas que se espera contribuyan a la descarbonización de la promoción del crecimiento de las algas que absorben carbono. Los objetivos de medición se ampliarán para incluir inspecciones y acumular casos de uso. Basándose en los datos medidos en 3D, Fujitsu desarrollará la tecnología digital oceánica gemela que realiza simulaciones que incorporan conocimientos de biología, ciencias ambientales y otros campos. Fujitsu tiene como objetivo construir asociaciones con empresas, gobiernos locales y organizaciones que trabajan en medidas hacia la neutralidad de carbono, y para apoyar a los clientes en la planificación de medidas utilizando la tecnología digital océano gemelo.