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Resumen
La asistencia de aparatos eléctricos es común en nuestra actualidad. Celulares, cajeros automáticos, computadores, etc, son solo algunos ejemplos de tal asistencia. Cada uno de estos están compuestos por un lenguaje de programación (IT/software) y sus partes físicas (hardware). La mayoría de estas son referidas a los ARDUINOS. En este blog se tomará la importancia de esta plataforma de micro robótica (ARDUINO) barata puede elaborar proyectos hacía los geodatos abiertos, la ciencia participativa/ciudadana, la investigación y la formación interuniversitaria. Para ello, se hicieron dos estudios de caso y una comparación de resultados con una sonda multiparamétrica CDT, mayor a 2000 €. Además, se conversará como YouthMappers tiene una gran relevancia la micro robótica y que retos se deben contemplar a futuro para los capítulos internacionales y al público interesado.
Introducción
Los lenguajes de programación y las plataformas de geodatos han estado vinculados desde el inicio de los Sistemas de Información Geográficos (SIG). Conforme ha pasado el tiempo, las innovaciones tecnológicas y el sistema económico actual han dotado un libre acceso a piezas robóticas en oferta a múltiples públicos interesados. YouthMappers de la Universidad de Costa Rica (YouthUCR) es parte de esta población, comenzando con un proyecto llamado: “YouthMappers y ARDUINO”. El objetivo de este proyecto fue la creación de módulos (piezas) ARDUINO fáciles de ensamblar y baratos de hacer para un mapeo constante y remoto dirigido a las comunidades económicamente más vulnerables.
ARDUINO es una tecnología y lenguaje de programación que consiste de partes robóticas que pueden ser ensambladas y, posteriormente, programadas para hacer una acción. Después de sesiones de trabajo y de autoformación en la disciplina de la informática, YouthUCR permitió la creación de un prototipo ARDUINO el cual toma datos precisos del ambiente. Es importante resaltar que el capítulo YouthUCR no tuvo experiencia ni formación universitaria para crear un proyecto como este y todo fue aprendido por el autoaprendizaje.
El siguiente blog consiste en una mirada a innovar el mapeo de datos abiertos a un mapeo asistido por micro robótica de bajo precio. Se presentarán casos de estudio aplicados en Costa Rica y Francia, desarrollando geodatos abiertos, ARDUINO y una comparación de rendimiento con una sonda científica de alta resolución.
Finalmente se procura enfatizar a los capítulos de YouthMappers, las posibles formas para aplicar estos métodos automatizados en proyectos que fomenten la ciencia ciudadana y la formación de líderes juveniles y comunales en la gestión de sus territorios.
Todos los proyectos elaborados fueron basados en donaciones de la Universidad de Costa Rica, la Universidad de Pretoria (Sudáfrica) y la Universidad de La Rochelle (Francia) junto a los participantes del capítulo YouthUCR.
Metodología:
La implementación de los proyectos conllevó un marco de referencia de: 1) Aprendizaje de piezas y compuestos de ARDUINO, 2) Ensamblaje de prototipos.
1) Aprendizaje de piezas y compuestos de ARDUINO
ARDUINO es una herramienta basada en la electrónica y los sistemas informáticos. Para el aprendizaje desde lo más básico hasta la creación de un módulo con operaciones estables se utilizó la página web de autoaprendizaje Coursera (https://www.coursera.org/). Al igual, se utilizaron videos de páginas web de YouTube y otros tipos de recursos multimedia. ARDUINO posee una comunidad muy activa en GitHub (https://github.com/) página web que fue utilizada para autoformación y comprensión de los módulos ARDUINO obtenidos.
ARDUINO es un lenguaje de programación (IT). Esta cualidad de “software” obliga a entender el lenguaje ARDUINO (IDE) usando la versión 1.8.13 para los sistemas operativos Windows 8.1 y Windows 10 (Figura 1). Las bibliotecas utilizadas fueron basadas en los módulos obtenidos (Tabla 1) los cuales son compatibles con la actual versión del ARDUINO IDE.
Figura 1. ARDUINO IDE, versión 1.8.13
El ARDUINO son piezas también. Utilizamos una serie de piezas compatibles con el ARDUINO IDE las cuales están en la siguiente Tabla 1. Además, se empleó el uso de una caja Sparkfun Starter Kit (KIT-13320) y de un Kit de la Universidad de La Rochelle.
2) Ensamblaje de prototipos
Se ensamblaron dos tipos de prototipos: 1) el Sparkfun kit y 2) La Rochelle Kit.
Sparkfun Kit
El primer prototipo (Figura 2) usó una tarjeta ARDUINO UNO junto a los módulos: 1) temperatura y humedad DTH22, 2) humedad y textura del suelo (SEN-SparkFun) y, 3) calidad del aire (SEN-MQ2). Además, se utilizó una batería externa de 6 voltios (V) y una pantalla digital de 16x4 para otorgar poder a la tarjeta Arduino. La línea de código fue hecho y ajustado a partir de las bibliotecas de prueba de cada módulo desde los repertorios de ARDUINO. Este prototipo fue implementado para zonas urbanas con espacios verdes (parques, pasarelas, campus universitarios, etc).
Figura 2. Prototipo Sparkfun. Izquierda: prototipo inicial incluido un DTH 22. Derecha: Arriba, Lista de resultados de mediciones desde la computadora. Abajo. estudiantiles de YouthMappers UCR del proyecto “YouthMappers UCR- ARDUINO”.
La Rochelle Kit
El segundo prototipo (Figura 3) usó una tarjeta ESP32 junto a los módulos: 1) Dallas Water Temperatura y 2) Barómetro y Termómetro BMP280. Este segundo prototipo usó equipo de RaspBerry como repositorio de información geográfica. Además, el prototipo fue diseñado para ambientes marino-costeros. El objetivo fue comparar los resultados de la temperatura de la columna de agua (entre 0 cm a 15 cm) junto a los resultados de una sonda multiparamétrica de más de 2000 € conocida como “CTD” la cual mide: profundidad (ms), salinidad (ppt), pH, turbidez (NTU), clorofila (mg/L) y otros parámetros físicos. La aplicación se dio en la playa de Aytré, La Rochelle (Francia) entre las 16:00 y 19:00 (Mapa 1).
Figura 3. Prototipo La Rochelle.
El código fue creado usando la asistencia del personal del Centro de Investigación Litoral, Ambiente y Sociedades (LIENSs). El módulo fue transportado en un dron marino de la misma institución. Este dispositivo es parte del proyecto PAMELI (https://pameli.recherche.univ-lr.fr/). Se pusieron 3 prototipos La Rochelle según la profundidad en 1) parte superficial (Upper), 2) parte media (Middle) y 3) parte baja (Lower). Esto con el objetivo de captar una columna de agua. (Figura 6)
Figura 4. Dron marino del proyecto PAMELI.
Resultados
Sparkfun kit
Los datos del prototipo 1 (Sparkfun Kit) pudieron ser vistos desde la consola de resultados del IDE ARDUINO. La figura 2 presenta los únicos resultados posibles desde una pantalla LED. Los resultados no pudieron ser guardados por problemas de almacenamiento entre el prototipo y una red de acceso (sea Wii-FI, Ethernet, Bluetooth).
La Rochelle Kit
Los resultados fueron localizados y tomados en la playa de Aytré, Francia (Mapa 1).
Mapa 1. Mapa de localización de muestras tomadas.
Los rangos de temperatura pueden ser observados en el cuadro de legenda y muestran valores discretos. La distribución y mapeo de tales, pueden ser visualizados en la Figura 5. Además, la distribución de las observaciones se orienta hacía las partes más profundas.
Figura 5. Gráfico de datos PAMELI y ARDUINO.
Teniendo una distribución de temperatura, rango, valores máximos y mínimos parecidos a la sonda CDT (Figura 6). Las relaciones más claras se logran ver según la profundidad, siendo más caliente en la parte alta y más fria en la parte baja. Las observaciones entre los datos PAMELI y ARDUINO son comparables entre sí, siendo visualmente valores parecidos.
Mapa 2. Mapa de localización de toma de datos, prototipo La Rochelle. 1) Resultados de la sonda multiparamétrica “CDT”. 2) Resultados de sensores ARDUINO ESP32.
Figura 6. Gráficos de caja entre las mediciones ARDUINO (“Group” 1 a 3) y las lecturas PAMELI (CDT).
Discusión
Hemos relacionado un método de obtención de datos geofísicos asistido por la tecnología de ARDUINO. Para demostrar el rendimiento, se aplican dos casos de estudio compuestos por dos prototipos: uno para ambientes urbanos y, el segundo, marino-costeros. Los valores del primer prototipo lograron ejemplificar el potencial de esta tecnología, no obstante, los módulos empleados no permiten recolectar los datos de una forma estandarizada, y, por ende, no pueden ser visualizados y tratados por computadora. Los módulos de Wi-fi son prioridad para la comunicación eficiente de datos.
Para el segundo prototipo, se implementó una serie de sensores y módulos de comunicación para mismos datos. Finalmente, se logró georreferenciar estos datos con una dependencia Raspberry y evaluar el rendimiento de una sonda de más de 2000 € con un ARDUINO de menos de 40 €, teniendo resultados parecidos y utilizables. Los archivos pueden ser extraídos como un archivo .csv y luego, ser cargados por QGIS o algún sistema geográfico que detecte las columnas como puntos XY. Estos geodatos pueden ser almacenados y, seguidamente, tomados para una toma de decisión y/o gestión de los territorios por autoridades o las mismas comunidades.
Los capítulos de YouthMappers pueden emplear esta micro tecnología, formarse de una forma autodidacta y, finalmente, formar a las comunidades a gestionar sus territorios de una forma asistida y continua. Además, de una forma barata de adquisición de datos precisos en campo.
Insto a los capítulos, a sus líderes juveniles en apropiarse de esta técnica, la cual podrá cambiar la forma en la que levantamos los datos. Si bien, la asistencia de imágenes satelitales permite datos a cierta escala, el ARDUINO podría generar datos más localizados en los espacios geográficos definidos. YouthMappers de la Universidad de Costa Rica estará para ayudar a los otros capítulos a guiarlos.
Agradezco la ayuda y presencia de mis colegas de YouthMappers de la Universidad de Costa Rica Luis Lara y Joshua Pérez, a Victoria Rautenbach de la Universidad de Pretoria al permitir conocer los ARDUINOS y Aurélien Pira amigo y colega del Master de la Universidad de La Rochelle.