resumen

El presente artículo tiene como objetivo mostrar la aplicación de un vehículo robótico terrestre para hacer recorridos sistemáticos de manera teleoperado en sitios remotos e inexplorados de oquedades rocosas como; grietas, cuevas, catedrales, cámaras y hendiduras en la topografía del terreno que alguna vez hayan sido accesibles al hombre, y del cual se presuma evidencias arqueológicas y/o arte rupestre en su interior. Un robot que permita estudiar, explorar y registrar paredes naturales en busca de pictografía y petroglifos plasmados por los antiguos moradores, así como afloramiento de cerámica, tiestos y artefactos líticos en el interior de las mismas. Para tal fin se diseñó y construyó un prototipo de carro robot de nombre “Cruxent 1”. El artículo se estructura de la siguiente manera: después de la introducción, la sección 2 describe el robot teleoperado. La sección 3 detalla pruebas y resultados del funcionamiento del robot. La sección 4 describe los registros y resultados del hallazgo de pintura parietal obtenidos en la campaña de exploración de la cueva “la Peña Manaure”, perteneciente al eje de la sierra de Coro, Estado Falcón. Venezuela. Finalmente, la sección 5 concluye el artículo y apunta las posibilidades de mejorar el prototipo. El artículo pretende mostrar un enfoque de la Ingeniería como elemento de sustento para el estudio de manifestaciones rupestres, una disciplina que se une para obtener registros de campo de modo fidedigno y preciso.

Palabras Claves: Regístro, Robots, teleoperación, cuevas, Arte Rupestre.

1. INTRODUCCIÓN

Los robots son la integración en correcta armonía de partes mecánicas, electrónicas y sistemas de información, desarrollados con un propósito específico, principalmente la exploración del ambiente y recopilación de datos, así como la manipulación de objetos. En años recientes, ha aumentado el desarrollo de vehículos robóticos, en respuesta a la necesidad de realizar trabajos que resultan riesgosos para el hombre. Estos robots han sido desarrollados con base en las especificaciones de la tarea a realizar y de las condiciones del ambiente de trabajo. Los vehículos robóticos interactúan en ambientes con obstáculos tanto estáticos como dinámicos; si es un ambiente conocido, es posible desarrollar trayectorias fijas que evadan obstáculos, pero esto resulta inútil cuando la información del área de trabajo es insuficiente o se trabaja en lugares donde el interior podría ser ignoto como en el caso de las cuevas, donde la trayectoria inicial es modificada constantemente y la planeación debe ser flexible y ajustada a cambios. Para estos casos, se propone un esquema de supervisión o teleoperación para mantener el control del robot o bien para cambiar acciones o rutas, por lo tanto es necesaria la intervención humana siendo el usuario el encargado de controlar el rango entero de la funcionalidad del sistema, desde el seguimiento de trayectoria hasta el registro y control de la data.

2. CARRO ROBOT “CRUXENT 1”

El robot Cruxent 1.- en honor a tan ilustre hombre que contribuyó de manera tan sólida a la arqueología en Venezuela.- fue creado mediante la concepción modular de los componentes, lo cual simplifica la actualización del vehículo con nuevos equipos y también facilita el acceso a los componentes para su reparación o mantenimiento. Algunos de los módulos (electrónicos, eléctricos o mecánicos) son instalados directamente en el interior del chasis del robot, entregando así una arquitectura ideal de diseño, por su simplicidad, robustez y bajo coste. La configuración básica del prototipo de carro robots se encuentra descrita a continuación, y mostrado en la figura 1: (1) Torreta Giratoria de Exploración y registro. (2) Cámara digital. (3) Faros Halógenos. (4) Portezuela de acceso a interior de cuerpo articulado delantero. (5)  Ruedas de tracción moldeadas en silicón duro blanco. (6)  Cuerpo articulado delantero. (7) Motores de tracción y dirección delanteros. (8)  Cuerpo articulado Posterior. (9) Cordón umbilical para control, guía y registro. (10) Apéndice posterior como base de cámara digital. (11) Cámara digital para panorámica posterior. (12) Portezuela de acceso a interior de cuerpo articulado posterior.

Figura 1. Arquitectura Básica de Robot teleoperado “Cruxent 1”.

Las llantas fueron moldeadas en goma de silicón inyectadas directamente en un molde de yeso, con el diseño de surcos y tacos muy característicos de las ruedas tractoras para un mejor desempeño y agarre en terreno irregular. Ver figura 2.

El chasis del robot esta hecho de lámina de acero galvanizado, constituido por dos cuerpos articulados, permitiendo así el cambio de dirección. El cuerpo articulado posterior, de mayores proporciones contiene en su parte superior la torreta giratoria de exploración y registro con un rango de giro de 360° para evaluar con exactitud las condiciones del entorno. Permitiendo capturar panorámicas horizontales en 360° tanto en sentido de giro horario como anti horario. Movimiento que es logrado mediante un motor eléctrico y un sistema de corona y piñón como elemento reductor. Ambos cuerpos articulados poseen portezuelas para permitir el acceso al interior del chasis para reparaciones o mantenimiento al sistema eléctrico y mecánico. Los cuerpos articulados, el apéndice posterior  y la torreta de exploración fueron pintados de un amarrillo intenso como referencia para ser distinguido con mayor claridad en el interior de las cuevas, así como también de aumentar la posibilidad de identificar y recuperar mediante otro carro robot ante una posible pérdida,  como se muestra en la figura 3.

Figura 2. Imágenes del moldeado de las llantas a)inyección de Silicon a molde de yeso. b)secado de la llanta c)destrucción de molde para extracción de rueda d)instalación de ruedas tractoras al chasis del carro.

La arquitectura de control del robot permite realizar la inspección de forma teleoperada, siendo el usuario el encargado de controlar el rango entero de la funcionalidad del sistema, desde el seguimiento de trayectoria hasta el registro y control de la data. El robot puede realizar inspecciones de superficies de paredes y pisos de las cuevas en estudio. Una vez adquiridas las imágenes y todos los datos de navegación y percepción, se realiza un proceso fuera de línea de fusión de los datos y procesado de las imágenes que concluye con la generación de un mosaico 2D georeferenciado de la superficie inspeccionada. 

Figura 3. Prototipo Robot teleoperado “Cruxent 1”.

El movimiento del robot se consigue mediante 3 motores eléctricos de reducidas dimensiones y gran torque, uno para tracción en las ruedas traseras, y dos para tracción en las ruedas delanteras y dirección, confiriéndole al robot las formas básicas de avance; ir hacia adelante, reversa, girar a la izquierda y a la derecha. Un robot móvil normalmente tiene 3 grados de libertad respecto a una referencia: posición en el plano (X, Y) y orientación (Q), independientemente de donde inicie, el robot debe poder moverse a cualquier posición y orientación (X,Y,Q). El Cruxent 1 en un terreno plano puede moverse en su entorno a  una velocidad de 0,25 m/s.

3.- PRUEBAS Y RESULTADOS

La primera prueba de avance, se realizó sobre una superficie de concreto plana, en ésta prueba se descartó el uso de terreno pedregoso, debido a que el robot solo contaba con tracción en las ruedas delanteras, el objeto de la prueba era calibrar el sistema de dirección mediante controles en el sistema de tracción y los cuerpos articulados. De esta manera se logra un avance más eficiente en cuanto a trayectoria y tracción. Al avanzar, el robot no lograba seguir una línea recta a pesar de que los dos motores poseían la misma especificación técnica de torque y revoluciones. Esto se debía a que un motor hacia girar su rueda más rápido que el otro. Para resolver esto, se le asignó un potenciómetro al motor eléctrico de mayor revolución para poder igualar los valores de potencial eléctrico obteniendo así la misma cantidad de revoluciones por segundo para ambos motores. Para lograr que el carro pudiese avanzar de manera lineal fue necesario ajustar la velocidad de las ruedas del robot. Las otras pruebas preliminares estaban dedicadas al giro en panorámica de la torreta, encendido/ apagado de luces halógenas y pruebas de cámaras y registro en imágenes, sonido y video. Todas estas pruebas fueron realizadas de forma independiente, para finalmente ya establecer el calibrado y ajuste de todo el sistema para realizar una prueba en su totalidad, es decir, todos los sistemas trabajando en paralelo. Para ello se montó un escenario simulado, mostrado en la figura 4, colocándose en el mismo piso plano gran cantidad de piedrecillas y rocas de diversos tamaños que sirvieran de obstáculos al robot en su primera prueba, la cual fue muy sencilla. Básicamente arrancar el robot desde un punto específico y desplazarlo en línea recta a unos 5 metros, para explorar todo el entorno y registrar unas piedras y hachas líticas diseminadas en el lugar. Vale reconocer, que la prueba más importante en sí era el sistema de teleoperación y los registros en video de ambas cámaras, grabando en todo momento la prueba desde sus inicios, cuyo control del carro se realizó desde una habitación contigua sin mirar directamente el mismo, solo se recurrió a la navegación mediante las imágenes enviadas en tiempo real por el propio robot. El tiempo estimado de pruebas 15 minutos.

La segunda prueba del Cruxent 1 fue establecida para verificar la fuerza de arrastre de su cordón umbilical en todo el terreno, maniobrando el carro en círculos y en figuras en forma de ocho, logrando incluso pruebas de regreso en trayectoria y pisando o traspasando por encima de su propio cordón. También se realizaron pruebas de reversa y pruebas de las luces halógenas. El tiempo empleado para las pruebas: 1 hora, y al igual que la primera prueba solo se recurrió a la navegación mediante las imágenes enviadas en tiempo real por el propio robot.

La tercera prueba fue una prueba de campo, en donde se desplazó el carro robot en planos inclinados, en terreno arenoso y pedregoso, e incluso en charcas de agua para estudiar y mejorar su desempeño. Las pruebas fueron totalmente satisfactorias, el robot estaba listo para su primera salida de campo.

Vista torreta	Vista general
Figura 4. Primeras pruebas de teleoperación y registro del “Cruxent 1”.

4.- CAMPAÑA EN LA SIERRA DE CORO. PRUEBAS Y RESULTADOS

El carro robot, así como su caja de control y cable umbilical fue embalado en un contenedor plástico de 35 litros para su transporte, entregando un pesó de 7,5 kg. Sumado a ello se contó con una PC portátil y una bolsa de herramientas para reparar o arreglar posibles desperfectos en campo. Todo el equipo completo debió realizar un gran recorrido hasta su destino final. Partiendo desde Punto Fijo en la Península de Paraguaná hasta la ciudad de Coro, y de allí hacia el sureste de la capital en un pueblo rural llamado las dos bocas, para finalmente tomar un todoterreno y trasladarlo junto al equipo de investigación a una hacienda presente en el eje de la Sierra de Coro. El sitio de estudio es una prominente orografía rocosa que se alza majestuosamente en una selva serrana, una especie de auyan tepui en miniatura de nombre “La Peña Manaure”. Ver figura 5. En su cima se encuentra un área casi rectangular conformada por una gran cantidad de rocas dispuestas en forma de bloques. En su longitudinal este- oeste mide 52 m, mientras que en su eje transversal norte-sur mide 44m. Muy cerca del borde norte de la peña, justo en la cima se encuentra la cueva en estudio.

Figura 5. Vista panoramica de La Peña Manaure y vista de planta mediante imagen satelital de Google Earth.

Desde el lugar de estadía hasta La Peña Manaure, en donde se encuentra la cueva, hay una distancia de camino de 3 Km, recorrido realizado a pie con la caja contenedora y todos los demás equipos de la campaña. Una vez cerca del lugar, correspondió subir pendientes pronunciadas, tal y como lo muestra la figura 6, para finalmente escalar una pared casi vertical de unos 30 metros hasta alcanzar la cima. El ascenso de la orografía fue realizado en su costado este.

Figura 6.  Traslado del Carro robot en caja contenedora hacia el lugar de estudio por el autor.

Una vez en el sitio de estudio, se desempacó el carro robot y se le realizó un chequeo de operatividad; pruebas de luces, giro de torreta de observación, tracción y dirección. Todo funcionó perfectamente. El prototipo habia soportado el mal trato del transporte, y de la subida hacia la cima de la orografia en donde se encontraba la oquedad rocosa. Se procedio a encender el computador portatil y conectar el sistema de registro, la camara principal de la torreta de observación remitía su señal muy clara. Se activaron los programas de grabación de video. El robot fue introducido en una pequeña abertura de apenas 30 x 25 cms, tal y como lo muestra la figura 7 y luego  posado en el piso de la cueva mediante izamiento, debido a que entre la abertura y el piso existia una altura de 2,20 metros.

Una vez en el piso de la camara natural, se procedio a realizar barridos con la torreta de observación para establecer una exploración previa del entorno, antes de definir una ruta de desplazamiento ideal, mostrado en la figura 8. Una vez reconocido el entorno se envió al cruxent 1 al centro de la camara para dar inicio y realizar de modo sistemático el registro del interior de la misma, tanto en video como en imágenes. La torreta giratoria logró captar una panoramica horizontal en 360°, iniciando su giro y tomando como referencia el apendice posterior del carro, siendo la referencia 0°, luego en sentido horario, es decir de izquierda a derecha siguiendo la técnica empleada por miguel Angel pereira en el estudio de cuevas, se realizó la exploración de la cueva desde la pared izquierda, luego hacia el fondo para continuar con la pared derecha y finalizar nuevamente en el apendice posterior del cruxent 1, cuando ambas camaras de exploración se miran una a la otra indicando completado los 360° de giro, requiriendo para ello 4 fotografias por cada cuadrante de 90°, mostrando el interior de la cavidad rocosa con un total de 16 imágenes. Estas imágenes fueron  tratadas  luego en  un  computador y  mediante  el metodo  de teselación se logró obtener un  mosaico 2D georeferenciado del interior de la superficie inspeccionada, mostrada en la figura 9. Tambien fueron captados algunos murcielagos reposando en las paredes del recinto.

Figura 7(a). Introducción a la cueva.

Figura 7(b). Carro robot en espera de iniciar el proceso de registro.

Figura 8. Carro robot explorando el interior de la cámara.

Figura 9. Mapa georeferenciado 2D del Interior de la cueva y localización de pintura parietal.

Puede apreciarse en la figura 10 un par de dibujos representativos del sistema natural estudiado por el robot en una vista seccional y una vista de planta. Ambos estan representados en forma simplificada, en ninguna de ellas se respetan las escalas. A pocos metros de la pequeña abertura, se encontró otra entrada de mayores proporciones, tapiada con gran cantidad de hojas secas, raizes y tierra. Se limpió y permitio apreciar el diseño de un tunel comunicante hacia la camara, una delicia para los estudiosos de la espeleologia. De seguro pudo ser el acceso de entrada a la camara para los antiguos moradores del lugar. Una gatera, o paso reducido en donde solo es posible entrar a la galeria reptando. Al introducirse en ella e inspeccionar con linterna en mano, se podia apreciar en el fondo del tunel al carro robots  en el centro de la cámara. Por seguridad, solo se realizó una exploración rapida sin intentar entrar al interior del tunel, el olor de guano de murcielago era bastante fuerte, ademas, el pasaje era muy estrecho.

Figura 10. Vistas de planta y sección de la cueva explorada y registrada por el Cruxent 1.

De la exploración realizada a la cámara, se pudo apreciar una serie de pinturas parietales en negro localizadas en la pared derecha, siendo esta la pared norte de la oquedad,  mostrada en la figura 11. Se está en presencia de un hallazgo antropologico realizado mediante el uso de un Robot teleoperado, una manifestacion rupestre e indicio de que alguna vez dicha cámara fue utilizada por antiguos moradores del lugar. Se aprecia pintura con diferentes calibres de trazo, desde líneas delgadas hasta grandes areas planas en donde posiblemente utilizaron diferentes instrumentos. El robot Cruxent 1 registra por primera vez arte parietal en la cueva, nunca antes se supo de estas pinturas en la pared por los lugareños de la zona. Siendo asi imágenes ineditas. Se sabía de la existencia de la cueva, más se desconocia por la inaccesibilidad propio de la zona su  valioso contenido.

Figura 11(a). Distribución de las figuras en el panel norte de la cueva “La Peña Manaure”

Figura 11(b). Vectorización mediante CAD de pictografias encontradas en la cueva.

La figura mas grande contenida en el interior de la cueva aparenta un diseño zoomorfo, un posible ciervo de cuerpo alargado con sus cuatro extremidades bien moldeadas, representado en actitud dinamica, con las extremidades posteriores flexionadas hacia atrás, y las delanteras de proporción exagerada en comparacion con las posteriores, hacia adelante con sus tipicos dedos hendidos. Del cuello alargado se proyectan dos astas muy largas.

Debajo de dicha figura se encuentra otra forma zoomorfa muy peculiar, un animal con el cuello estirado hacia arriba y sus extremidades o patas muy notorias, ademas de una cola. Presenta manchas punteadas en el cuerpo, denotando posiblemente la figuración de un jaguar tal y como lo muestra la figura 12 en una fotografia retocada en verde mediante la aplicación Gimp y un dibujo realizado mediante CAD.

Figura 12. Motivo de una figura antropomorfa, se puede apreciar el cuello alargado, las extremidades y la cola, posiblemente un jaguar dadas las pintas en la piel. Al lado derecho una representacion en vectorizado mediante CAD (Dibujo Asistido por Computadoras).

El resto de las pictografias contenidas en la pared norte del interior de la camara  captada por el Cruxent 1 representan formas abstractas, contabilizandose un total de cuatro.

5.- CONCLUSIONES

Este artículo ha presentado el concepto de carro robot teleoperado como plataforma móvil para la realización de inspecciones visuales en oquedades rocosas que pudiese contener manifestaciones rupestres, bien sea arte parietal o petroglifos en sus paredes, un aporte significativo a la espeleoetnografía. El carro robots Cruxent 1 tiene la capacidad de transitar tanto en ambientes planos como en terreno irregular manteniendo una operación robusta. Convirtiéndose así en una plataforma móvil y confiable para estudios sistemáticos de oquedades y sistemas kársticos. El carro Cruxent 1 puede ser utilizado como una herramienta para dar apoyo a otras disciplinas como lo es la Espeleopaleontología, es decir el estudio de restos de vidas extintas presentes en el interior de las cavernas, así como la espeleobiología, encargada de estudiar la flora y fauna subterránea. 

En particular se ha detallado el vehículo diseñado y construido, su arquitectura de control, el sistema de navegación y el sistema de registro. En el apartado de pruebas se ha detallado una serie de pruebas iníciales para la optimización del funcionamiento.

Se ha descrito una campaña realizada en una cueva ubicada en el eje de la sierra de Coro, específicamente en la Peña Manaure, localizada en el Estado Falcón, Venezuela logrando  el hallazgo de manifestación rupestre en el interior de la misma. 

Los mandos enviados al carro fueron ejecutados en tiempo real, lo que muestra la eficiencia en la comunicación, procesamiento de información y sincronización en los procesos. En todo momento se mantuvo una interacción entre el panel de control y el Cruxent 1.

La torreta de exploración y registro operó correctamente, a la vez que logro obtener imágenes y video del interior de la oquedad en estudio, mostrando una cámara abovedada que se aprecia bastante estable.

Por primera vez en la historia de la arqueología Venezolana, y posiblemente tercera en el mundo se utilizó un pequeño carro robots equipado con cámaras de video para inspeccionar posibles alberges de nuestros antiguos originarios.

En el futuro próximo se tiene proyectado agregar un escáner laser tridimensional al robot para que realice registro del interior de las cuevas, logrando así el estudio de las formas y topografías de las cavernas o espeleomorfologia. Un sistema laser lineal que realice barridos sistemáticos al entorno y mediante software de captura elaborados en formato libre crear una nube de puntos como un modelo tridimensional fidedigno del entorno registrado, el cual es exportado a la aplicación Blender para su representación final. Una  mini tarjeta madre de computadora modelo PingüinoVe será el cerebro que permita controlar los movimientos precisos del escáner laser. Para ello, deben ser programadas órdenes previas e introducidas al hardware mediante una simple conexión puerto USB. Los códigos de programa o Scribe serán realizados con la API Python.

El escáner también será utilizada para registrar modelos tridimensionales de material arqueológico como: vasijas, piezas líticas, hachas que puedan estar presentes en el interior de las cuevas a estudiar.

AGRADECIMIENTOS

Este artículo se ha desarrollado como parte del trabajo de investigación adscrito al Diplomado en Investigación y Conservación Preventiva del Arte Rupestre de la Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda (UNEFM). Avalado por el Decanato del Área de Acción Social y el Decanato de Ciencias de la Educación. Estado Falcón. República Bolivariana de Venezuela. Al autor le gustaría agradecer a los Ingenieros Osman Acasio y Alfredo Caguao por su gran aporte en este proyecto.  

—¿Preguntas, comentarios? escriba a: rupestreweb@yahoogroups.com—

Cómo citar este artículo:

2014

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