Buques autónomos: del Teleautomaton y el Telekino, hasta los nuevos Mass

Entrevista Cope + Galicia del 23/11/21 a las 1310h:

En el último lustro se está hablando mucho acerca de los “MASS”, tanto de los buques totalmente autónomos, como de los barcos tripulados en remoto desde tierra firme. En cualquier caso, el barco autónomo no es un concepto totalmente novedoso, al menos aplicado a buques de pequeño porte, ya que tanto el ingeniero americano de origen serbio Nikola Tesla, como el español Torres-Quevedo, hace más de cien años ya nos presentaron sus prototipos de pequeñas embarcaciones manejadas por radio desde una estación de control a distancia con la que poder gobernar las naves. En los últimos tiempos empresas y universidades están hablando mucho de proyectos dedicados a los buques no tripulados, destacando ventajas, pero sin que parezca que algunos de los actores principales del sector marítimo estén tan convencidos de esos beneficios. En cualquier caso, este cambio no será algo inminente. Parece difícil que antes del año 2030 veamos cambios drásticos en lo referente a que los tripulantes “físicos” desaparezcan de a bordo.

Primer prototipo, el “Teleautomaton” de Tesla:

El origen de los drones marinos se remonta a más de cien años. En concreto, el 1 de julio de 1898, el inventor, ingeniero mecánico, ingeniero eléctrico y físico Nikola Tesla (1856-1943) presentaba en la Oficina de Patentes y Marcas de Estados Unidos su “Method of and Apparatus for Controlling Mechanism of Moving Vessels or Vehicles (Método y Aparato para Controlar el Mecanismo de Movimiento de Buques o Vehículos)”. Aquella patente se convertía en el primer dispositivo de control remoto de la historia. Tesla llevó su patente a la práctica en el marco de un congreso celebrado en el “Madison Square Garden” de Nueva York en septiembre de aquel mismo año, y para su demostración instaló una piscina en el interior del edificio del congreso para poder hacer navegar al “Teleautomaton”, una pequeña embarcación de radio control de poco más de un metro de eslora, controlada desde un puesto de control.

El Teleautomaton contaba con una antena en su centro para recibir las ondas de radio enviadas desde el puesto de control, y dos antenas más bajas a proa y a popa con sendas bombillas que ayudaban al operador a definir la posición y rumbo de la embarcación de noche. Dentro del casco el artefacto estaba equipado con un motor eléctrico que giraba la hélice y otro que movía el timón, una batería para alimentar los motores y las luces y el mecanismo que transformaba las señales de radio enviadas por Tesla en diferentes órdenes para poder dirigir la embarcación en cualquier dirección.

Segundo prototipo, el “Telekino” de Torres-Quevedo en el Abra de Bilbao:

El Telekino, vocablo proveniente del griego “tele (a distancia)”, y “Kino (movimiento)”, fue un invento del ingeniero Leonardo Torres Quevedo (1852-1936), consistente en un autómata que ejecutaba órdenes transmitidas mediante ondas hertzianas. Torres Quevedo, nacido en la actual Cantabria (y por cierto, el mismo año que otro ilustre, Ramón y Cajal), en agosto de 1903 presentaba en París un pequeño modelo del Telekino con el que demostraba ante los académicos presentes la posibilidad de poder teledirigir, a voluntad, los movimientos de barcos o torpedos. El éxito de aquellas pruebas internacionales animó al Gobierno español a crear el “Centro de Ensayos de Aeronáutica”, en el frontón Beti-jai de Madrid, al año siguiente.

A lo largo de ese año 1904 se construyeron dos Telekinos diseñados para teledirigir, tanto barcos como coches, con baterías y motores eléctricos. Y tras varios ensayos del primer modelo, en septiembre de 1906 tenían lugar ante la prensa las pruebas del segundo Telekino. Aquellas pruebas se llevaron a cabo teledirigiendo el bote Vizcaya en el Abra de Bilbao ante un invitado de excepción, el Rey Alfonso XIII, quien acudió a Bilbao navegando en el yate “Giralda”. Desde la terraza del Club Marítimo del Abra la barcaza autónoma fue controlada a distancia durante una milla de recorrido a través de una sucesión de ondas hertzianas, con ocho personas a bordo.

Ante el reconocimiento de la opinión pública, el Ministerio de Fomento creaba, en febrero de 1907, el Laboratorio de Mecánica Aplicada para que Torres Quevedo pudiera desarrollar el potencial existente en el Telekino, probablemente el primer autómata electromecánico de la historia. El transmisor del dispositivo emitía una serie de señales mediante la telegrafía, que el receptor interpretaba como órdenes, de modo que cada grupo de señales era traducido como una maniobra diferente (avanzar, retroceder, aumentar o reducir potencia o girar a un lado u otro). Con el desarrollo del Telekino, Torres Quevedo fabricó el primer control remoto de la historia, un autómata que podía funcionar de forma autónoma ejecutando acciones, como respuesta a órdenes recibidas, y en función de las circunstancias del entorno.

Finalmente, años después y gracias a la puesta en valor realizada por el profesor de la UPM Pérez Yuste en el año 2006, el Telekino fue reconocido por el “IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)” como uno de los grandes hitos de la historia de la ingeniería mundial. Uno de los prototipos del invento puede ser visitado en Madrid en el Museo Torres-Quevedo de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la UPM. El Museo Torres Quevedo contiene la colección completa de aparatos y accesorios que Leonardo Torres Quevedo donó a la Escuela de Ingenieros de Caminos en 1928.

¿Qué son los MASS?

Los buques no tripulados son aquellas naves capaces de controlar su movimiento sin ayuda de la tripulación. Su control se realiza o bien por control remoto, mediante un controlador en tierra que utiliza un ordenador para gobernar al buque; o bien mediante algoritmos inteligentes, sin interacción humana alguna, que dirigen el barco de manera autónoma. Obviamente este control estará afectado por el uso de un software sofisticado basado en los citados algoritmos.

La llegada de estos buques autónomos, denominados “MASS” según sus siglas en inglés, es una realidad que ha adelantado a la normativa marítima actual existente, por lo que es necesaria una nueva regulación que se adecue al nuevo reto, ya existente, de buques no tripulados. Para ello la OMI ya está estudiando las particularidades de esta nueva modalidad y, por su parte, las sociedades de clasificación de buques principales ya han publicado guías de clasificación de los buques MASS, agrupándolos en cinco o seis niveles de autonomía. Los tres primeros niveles requieren que los tripulantes estén presentes en el buque para brindar apoyo en la toma de decisiones y los tres niveles siguientes involucran a embarcaciones no tripuladas con diferentes niveles de operación remota, incluyendo la autonomía completa. El nivel cero, se correspondería con los buques actuales, y a partir de ahí iría aumentando la automatización.

Las naves autónomas ya existentes están siendo probadas en aguas confinadas, y fuera de las aguas costeras de ciertos estados de abanderamiento, pero todavía queda por dilucidar si la OMI permitirá que los MASS totalmente autónomos puedan navegar en mar abierto, interactuando con el resto de buques ya existentes. El decidir cómo se abordará el tema de los seguros, o de las normas de responsabilidad y negligencia en el caso de existencia de accidentes, aun son retos que están muy lejos de haber sido superados.

Una posible clasificación sencilla es la de clasificar los buques autónomos en cuatro grupos propuestos por la OMI (el Grupo 0 serían los buques actuales):

• Grupo 1: buque inteligente (Smart Ship). Estos buques aconsejan cuáles son las mejores decisiones en base a unos parámetros, pero no son capaces de ejecutarlas sin la intervención de personas.
• Grupo 2: buques controlados en remoto, pero con tripulación a bordo.
• Grupo 3: barcos controlados a distancia, pero sin tripulación a bordo.
• Grupo 4: naves totalmente autónomas en las que no existen decisiones humanas. Las personas no intervienen en ningún momento.

Ante este panorama de la diversidad posible existente de diferentes tipos de buques MASS que podrían llegar a existir por los mares, el gran desafío radica ahora en la posible coexistencia de buques tripulados y no tripulados, que tengan que interactuar en las maniobras. Uno de los problemas más difíciles de dilucidar es el referente a cómo se repartirían las responsabilidades entre los capitanes y los operadores de los buques no tripulados, en el caso de que existan.

Toda la normativa marítima existente se creó entendiendo siempre que en los buques existirían capitanes a bordo, por lo que la entrada en escena de buques sin tripulación, ha convertido a todas estas normas en un marco anticuado para poder hacer frente a los avances tecnológicos existentes en los MASS. Por ello, de momento, como las navegaciones de los MASS solo se están llevando a cabo en aguas confinadas de ciertos estados, son estos los que están creando normativas específicas para esos buques, sin que tengan que estar esperando a que la OMI promulgue normas internacionales.

Ventajas e inconvenientes de los MASS:

La primera pregunta que nos deberíamos llevar a cabo sería la siguiente: “¿Extinguir las tripulaciones de los buques será una ventaja?” Si tenemos en cuenta que las estadísticas de los accidentes e incidentes marítimos reflejan que los errores humanos suponen el 80% del total de los accidentes acaecidos, tal vez se podría llegar a pensar que eliminada la causa, eliminado el problema. “¿Pero se trata de una decisión tan simple?” Es verdad que muchos de estos errores son debidos a otros factores como la fatiga o el estrés, provocados a su vez por el empeoramiento de las condiciones de trabajo. De este porcentaje, y según el “ESM (Instituto de Investigación y Formación en Seguridad y Factores humanos)”, el 27 % de los incidentes son provocados por algún fallo de los oficiales, seguidos de los de la tripulación (17%) y los del personal de tierra y otras causas (14% cada uno). Los fallos técnicos y de equipo, por su parte, provocan el 13% de los accidentes marítimos, los errores estructurales el 10%, mientras que los prácticos de los puertos provocan sólo el 5% restante. Dicho todo esto, analicemos ahora posibles ventajas e inconvenientes que puedan aparecer tras la llegada de los MASS.

La fiabilidad de los sistemas de los buques autónomos supone un factor muy importante a  tener en cuenta. En cualquier caso, la necesidad de tener que modificar casi toda la legislación existente actual, se presenta como uno de los mayores retos a batir para poder conseguir que los MASS surquen los mares y océanos junto al resto de buques tradicionales actuales. A fecha actual varias sociedades de clasificación ya han publicado códigos que indican cuáles son los niveles de fiabilidad que deben ser exigibles a los buques autónomos.

Adicionalmente no se debe olvidar que el buque autónomo siempre exigirá un mantenimiento más estricto que los buques convencionales, ya que en el nuevo escenario futuro no se va a disponer de tripulantes suficientes a bordo para ejecutar las tareas diarias de mantenimiento. Lo que nos lleva a pensar que deberá existir una tripulación en tierra que se encargará de llevar a cabo las tareas rutinarias, cuando el buque esté atracado en puerto, y que no debería provocar que se amplíen las estadías de los buques (el tiempo de plancha), ya que eso significaría un aumento de los gastos.

“¿Y se ha pensado en las averías de los buques?” Se debería pensar en la cara que pondrá el práctico cuando embarque en un buque en el que no exista tripulación. Está claro que aún mucho camino por recorrer hasta que lleguemos al escenario de buques con tripulación “cero”. Pero hasta que se alcance esa meta, si es que se logra, habría que pensar hasta qué punto se podría reducir la tripulación. Es indudable que los buques deberán poseer muchos sensores que serán imprescindibles, pero no parece esa la parte difícil del asunto. Pensemos por un momento en los tripulantes a distancia que dirigirán el buque, “¿cuántos buques podrán manejar simultáneamente?”. Pues si la respuesta es sólo uno, no se termina de ver cuál es la ventaja del desplazamiento a tierra de los tripulantes. Pero volvamos a bordo, “¿hasta qué punto se podría reducir el personal?”. Pensemos de nuevo en el número total de oficiales a bordo del buque, “¿hasta qué número se podría reducir la totalidad de los oficiales?”. Como se puede observar, se plantean una serie de cuestiones de gran calado que afectarán a los nuevos oficiales tripulantes de los buques. Para empezar se deberán modificar los actuales planes de estudio de los oficiales para que se puedan adaptar a las nuevas realidades de los buques autónomos, y así se pueda calcular hasta qué número se podría reducir el número de tripulantes.

Además se debe tener en cuenta que probablemente muchos de los barcos autónomos del futuro serán eléctricos, en aras de obtener mayor sostenibilidad, ya que los buques eléctricos contaminarán en una proporción menor que los actuales barcos. Por todo ello los tripulantes del futuro deberán poseer una formación y educación en materia de sostenibilidad, que deberá estar plasmada en sus nuevos planes de estudios.

“¿Podremos reducir de tres oficiales, el capitán y dos oficiales más, a menos de tres?”. Pues yo creo que no. Esos tres superhombres, o supermujeres, deberían ser capaces de poder atender a todas las necesidades y exigencias del buque semiautónomo. Su formación debería ser la equivalente a las dos secciones actuales, puente y máquinas, pero complementada y actualizada con todas las nuevas necesidades de los nuevos buques (informática, electrónica, ciberseguridad, etcétera). Uno de los pilares de la defensa de estos buques autónomos es la creencia de que puedan ser más seguros que los buques tradicionales. De hecho, dentro del proyecto “MUNIN” hay una reflexión muy importante acerca de este tema. Respecto del personal, hay que determinar los estándares de entrenamiento para las personas a cargo del centro de control remoto de buques, las cantidades de ese personal, y la cantidad de gente necesaria en el centro de control para salvamento.

Respecto al mantenimiento, este debe hacerse diariamente, o como máximo cada vez que el buque entre en puerto, lo que en principio se presenta como una desventaja, ya que esto supondrá que el tiempo en puerto de los buques aumente, lo que a su vez supone un aumento de gastos. Además, probablemente algunos de esos mantenimientos interfieran con las operaciones de carga y descarga, lo que aun acrecentará más el problema anterior. En cualquier caso no se puede olvidar que ese mantenimiento diario será el que garantice que el buque esté en buenas condiciones y por lo tanto será el factor que pueda evitar pérdidas de gobierno durante las navegaciones, que puedan provocar accidentes.

Otras de las cuestiones que más preocupan son las relacionadas con las situaciones de emergencia, y fel tiempo de respuesta de los buques autónomos ante ellas, y ello sin olvidar las relativas a la ciberseguridad.

Los barcos autónomos hoy, de Navantia a Yara:

Después de culminar con éxito la navegación del primer ferry totalmente autónomo en Turku, la compañía Rolls-Royce decidió continuar con su investigación en la ciudad finlandesa. En 2018 abrió un centro de desarrollo tecnológico para seguir dando forma a los barcos autónomos del futuro. A lo largo del mundo, numerosas empresas desarrollan soluciones para buques con diferentes grados de autonomía. En España, Navantia ha creado la familia USV Viento, formada por embarcaciones que incorporan sistemas no tripulados y que tienen capacidad para participar en misiones de defensa y seguridad, vigilancia, y control medioambiental y oceánico.

El USV Vendaval es una embarcación de casco de aluminio, de 12 metros de eslora, que lleva en activo en la Autoridad Portuaria de Ceuta desde 2019. Esta embarcación puede ser tripulada y controlada a distancia, y puede depender únicamente de su sistema de conducción autónoma. Este USV ya está en servicio en el puerto de Ceuta para misiones de vigilancia y control medioambiental integrado en el Sistema de Vigilancia de Aguas Próximas (SVAP) de Navantia. La empresa ya demostró sus potencialidades en la ciudad departamental, en Ferrol, allá por 2015.

En otra parte de Europa, las empresas noruegas KONGSBERG y Yara International colaboran en la creación de “Yara Birkeland”, el primer portacontenedores autónomo y totalmente eléctrico del mundo. Se espera que realice sus primeras rutas entre las ciudades noruegas de Herøya y Brevik antes de que termine 2021. A día de hoy, el Yara Birkeland todavía necesita tripulación para realizar algunos de sus procesos, pero las empresas esperan automatizarlos a lo largo de los próximos años.

Sin ir más lejos, el 16 de septiembre de 2020 el barco autónomo sin tripulación Mayflower (diseñado por Promare e IBM) se hizo a la mar en Plymouth, Inglaterra. Estaba previsto que ese día hiciera la ruta del Mayflower original para conmemorar el cuadringentésimo aniversario del famoso viaje, convirtiéndose en la primera embarcación totalmente autónoma en cruzar el Atlántico. Finalmente, debido a la pandemia, el viaje fue pospuesto. Se trata de una nave de pequeñas dimensiones en comparación con los MASS, pero es un viaje prometedor para el presente y futuro inmediato del transporte marítimo.

También existe un proyecto nacional gallego de la empresa Industrias Ferri, de Vigo. Ferri ha diseñado un vehículo autónomo, tipo dron, que dispone de un sistema inteligente de navegación para realizar las operaciones de forma remota, o incluso de manera totalmente autónoma. Para llevar a cabo su trabajo la embarcación dispone de un ordenador industrial que genera rutas eficientes libres de obstáculos a la navegación. Por supuesto ese ordenador dispone de algoritmos para que la embarcación actúe en sus maniobras de acuerdo con las reglas de navegación establecidas en el RIPA (Reglamento para Prevenir Abordajes). La embarcación posee doce metros de eslora, desplaza cinco toneladas y alcanza los cincuenta nudos de velocidad. Estas características la convierten en la plataforma idónea para el trasporte de elementos auxiliares. La “Victoria”, nombre con el que se ha denominado a este buque, corrige su rumbo y derrota de forma automática en base a la información que recibe de sus sensores, sin que sea necesaria la interacción humana exterior (aunque también está dotada de la posibilidad de poder ser manejada por control remoto).

Conclusiones:

En los últimos tiempos empresas y universidades están hablando mucho de proyectos dedicados a los buques no tripulados aludiendo a las ventajas que presentan referentes al posible aumento de la seguridad y a la reducción de costes, sin que parezca que algunos de los actores principales del sector marítimo, armadores y tripulantes entre ellos, estén tan convencidos de esos beneficios, ya que cuestionan tanto la operatividad de los MASS, como su capacidad de reacción antes posibles imprevistos que puedan ocurrir en la mar.

Los MASS no son principalmente una apuesta exclusiva del sector naviero, sino que ésta más bien proviene de empresas tecnológicas que cuentan con el apoyo de sus respectivos países para implementar esta nueva tecnología. En cualquier caso, tal como ocurrió en su día con la llegada de los radares y la navegación por satélite, el mundo marítimo debe experimentar una evolución para adaptarse al conocido como sector “4.0”, que ya veremos si es capaz de eliminar en su totalidad a los tripulantes de los buques. En cualquier caso, no será algo inminente. Hace unos años se hablaba del año 2020, después del 2025, y ahora parece difícil que antes del año 2030 veamos cambios drásticos en lo referente a que los tripulantes “físicos” desaparezcan de los barcos.

Hoy en día existen cerca de 100.000 buques mercantes mayores de 100 GT navegando por el mundo, cifra a la que habría que añadir otra superior de pesqueros, y otra aún mucho mayor de embarcaciones de recreo. Y es de suponer que la mayor parte de esos buques nunca se convertirán en buques autónomos, por lo que parece claro que el futuro nos depara un escenario en el que poco a poco se podrían ir transfiriendo funciones de manejo de los buques, desde ellos, hacia las estaciones de control y seguimiento en tierra. Y esto indica que durante un periodo incierto de años los buques tradicionales deberían navegar por los mares junto a los nuevos MASS sostenibles. Y hablo de un periodo incierto porque cuesta creer que cierto tipo de buques, como por ejemplo los cruceros de pasaje, puedan quedar algún día sin tripulación.

“¿Revolución o evolución?” Tal como indicó Martín Domínguez en el título de su TFM defendido en 2020, habría que discernir si lo que se está viviendo con la llegada de los MASS es una revolución, o si por el contrario se trata de una simple y natural evolución en el sector marítimo, cuya culminación está pendiente. El “iceberg legislativo” al que aludía Domínguez será sorteado gracias al peso específico de tantas iniciativas y apoyos de todo tipo, que provocarán que la realidad y la evolución se impongan. Pero para que la implementación de los barcos autónomos sea una realidad será necesario adaptar la legislación primero. La OMI comenzó en 2017 un estudio exploratorio de todos los reglamentos que podrían verse afectados por esta nueva forma de navegación, que finalizó en mayo de 2021. Así que ahora toca lo más complicado, encontrar el modo de modificarlos para garantizar que los barcos autónomos puedan convivir con los tripulados de forma segura y sostenible.

La tecnología va muy rápido, pero aun es necesario poner al mismo nivel la regulación y el resto de los agentes del sector marítimo. Además, también entran en juego aspectos económicos, ya que dejar que los barcos naveguen solos es, por ahora, un riesgo muy grande. En mi opinión, lo más probable es que en los próximos años veamos aumentar sobre todo el número de buques de las categorías I y II, las que tienen algunos procesos automatizados, pero que siguen contando con el papel de la tripulación a bordo.

Se podría casi finalizar indicando que, a día de hoy, la tecnología necesaria para que los MASS autónomos comiencen a navegar, ya existe; pero hay que enfrentarse al problema de las modificaciones reglamentarias necesarias para que este sueño se pueda llevar a cabo. Por ello, el escenario de buques completamente autónomos y sostenibles, operando mediante algoritmos de inteligencia artificial, parece estar todavía lejano, más allá de ciertas pruebas que se puedan llevar a cabo en aguas confinadas de algún estado. Lo que sí parece más realista es el creer en un futuro en un buque autónomo que pueda navegar en mar abierto con el grado de autonomía máximo, para dejar paso a grados de autonomía más restrictivos según se vaya acercando a puerto, y a sus operaciones de carga y descarga, o a las maniobras de atraque y desatraque. Pero de cualquier forma aún hay mucho que navegar para que se puedan alcanzar esos grados de autonomía, ya que la normativa OMI actual prohíbe los buques sin tripulación en navegación.

Resumiendo, nadie duda de que la tecnología para gobernar un buque a distancia existe, pero no queda tan claro que este pueda interactuar “solo” en un medio, como es el marino, en el que existen tantas variables difíciles de controlar.