Innovación avanzada para el patrimonio cultural e histórico valenciano: el proyecto SISPATINT 2022
AIDIMME desarrolla en este proyecto de I+D un sistema avanzado de monitorización de obras de arte y de construcciones, aplicable tanto a patrimonio como a obra nueva.
AIDIMME continúa desarrollando el proyecto de I+D SISPATINT 2022 (Prueba, configuración y mejora del sistema PATINT, y estudio y análisis de biomateriales y estructuras de madera), que pertenece a la línea estratégica de I+D de AIDIMME BIOMATERIALES, en concreto a la sublínea de trabajo BIO0 (Análisis y caracterización de estructuras de madera).
Este proyecto está financiado por la Generalitat Valenciana mediante el programa Planes de Mejora de la Actividad y Capacidad de I+D Fondos GVA para el ejercicio 2022, que es impulsado por el IVACE (Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial).
Consta de diferentes actividades de investigación aplicada para probar, configurar y mejorar el sistema PATINT (desarrollado en 2019 en el proyecto DIPPATINT, también con la financiación de fondos GVA), así como de actividades para el estudio y análisis de biomateriales y de estructuras de madera.
Dicho sistema es una herramienta para monitorizar, preventivamente y de forma automatizada, la madera en obras de arte, construcciones de patrimonio y obra nueva. Este sistema, robusto, escalable y muy flexible, resultará compatible e integrable con plataformas de Smart Cities. En la nueva arquitectura que se está desarrollando actualmente, los sensores acceden directamente a la nube (cloud computing).
Los objetivos propuestos para SISPATINT 2022 son los siguientes:
- Implementación, configuración y prueba de la nueva arquitectura del sistema PATINT, basada en componentes WiFi de bajo consumo energético y con conexión directa del sistema a la nube (cloud computing) y a plataformas de Smart Cities.
- Desarrollo, configuración y prueba de una red completa de sensores de monitorización de la madera en obras de arte y construcciones de patrimonio y obra nueva.
- Estudio y análisis de biomateriales (lignocelulósicos, composites, etc.). Análisis, caracterización y reparación de estructuras de madera.
Debido a los avances recientes en componentes WiFi de bajo consumo energético, en el proyecto se está desarrollando una nueva arquitectura para PATINT, que se muestra esquematizada en la siguiente imagen.
En la nueva arquitectura del sistema, los nodos sensores son ahora también nodos WiFi (es decir, monitorizan automáticamente la madera y también transmiten por WiFi los datos obtenidos) y, por tanto, incluyen componentes WiFi de bajo consumo energético.
Cada nodo sensor WiFi consta de un módulo DIPP_SENS (módulo sensor, que va insertado en la madera y mide los parámetros de interés) y un módulo DIPP_WIFI (módulo de control y comunicaciones), que sustituye al módulo DIPP_RF de la arquitectura inicial de PATINT.
Para las pruebas iniciales de los nuevos nodos sensores WiFi, se diseñaron y fabricaron de forma iterativa 11 prototipos de la placa de circuito impreso, con los componentes electrónicos ubicados en distintas posiciones de ella, hasta conseguir un prototipo final compacto, simple y muy fácil de montar.
Este prototipo final se ha configurado y programado, de modo que los tiempos de envío de datos y el consumo energético sean lo más reducidos posibles. Actualmente se están haciendo pruebas con él de modo exhaustivo.
Para evitar que un posible cortocircuito en el módulo sensor (DIPP_SENS), que va insertado en la madera, cause también que no funcione del módulo de comunicaciones (DIPP_WIFI), se decidió separar la alimentación de ambos. Para ello, la placa impresa sensora se alimenta mediante un regulador de tensión lineal tipo LDO con protección frente a cortocircuitos, que a su vez recibe alimentación de la salida de un conversor conmutado que garantiza una tensión estable de 3,3 voltios con independencia de las variaciones que, por efecto del paso del tiempo, puedan producirse en las pilas que alimentan al sensor WiFi.
La siguiente figura muestra la interconexión entre el microprocesador y el regulador de tensión lineal por la línea VDD_SENS.
VDD_SENS está conectado a un puerto I/O del microprocesador que, cuando entra en hibernación, se queda en espera. En esa situación, el regulador se queda habilitado y por lo tanto los elementos electrónicos están alimentados, lo que aumenta el consumo de corriente y no es deseable en absoluto. Para solucionarlo se puso una resistencia de “pull-down”, como muestra la siguiente fotografía.
Con el objetivo de evitar la pérdida de información y aumentar la duración de las pilas del sensor, se ha insertado en la PCB una tarjeta comercial de memoria microSD de 2 GB. En esta tarjeta se van almacenando las medidas del sensor y se envían de golpe cada cierto tiempo (en las pruebas iniciales, 12 horas).
En las pruebas iniciales, cada 15 minutos se toma una medida y se almacena en la tarjeta de memoria, en un fichero denominado “last_readings.txt”. Cada 12 horas (48 medidas) se envía el contenido del fichero a la nube o a un nodo IoT (Internet of Things). En la tarjeta de memoria se genera también un fichero “log.txt” en que se registran las diferentes incidencias ocurridas en el módulo a lo largo de su historia.
Actualmente continúan las pruebas, que por el momento han llegado a unas 2.100 horas de funcionamiento interrumpido.
En el proyecto están realizándose también pruebas del sistema PATINT fuera del laboratorio, con su arquitectura inicial, a fin de detectar posibles errores en el hardware o en la programación, así como de verificar el funcionamiento del sistema para períodos largos y de comprobar la duración real de las pilas utilizadas (a menudo hay discrepancias significativas entre los datos del fabricante y la duración en entornos que no sean de laboratorio).
Para ello se enterraron varios nodos sensores en un suelo donde existen termitas y se están registrando y analizando los datos enviados por ellos. Debido a varias intensas lluvias que hubo en el primer semestre del año, resultó necesario sustituir algunos nodos sensores por otros cuyas placas impresas hubieran sido previamente tropicalizadas, a fin de que puedan resistir humedades elevadas durante largos períodos de tiempo.
La tropicalización consiste en la aplicación de un recubrimiento aislante sobre una PCB para protegerla de agentes externos como la condensación de agua, humedad, ambientes salinos, etc.
Existen diversas sustancias (resinas y barnices) y métodos de aplicación para llevar a cabo la tropicalización. De todas ellas se optó por usar para el proyecto un barniz acrílico en formato aerosol, que se aplicó mediante pulverización, una vez protegida la parte óptica del nodo sensor. En concreto se realizaron para cada cara de la PCB 3 pulverizaciones con una distancia de 15-20 cm, espaciadas 15 minutos. Las placas tropicalizadas se probaron previamente antes de integrarlas en el nodo sensor correspondiente y de volverlos a enterrar.
Según Miguel Ángel Abián, coordinador y director técnico del proyecto, “la combinación de herramientas TIC (sensores, tecnologías inalámbricas, algoritmos predictivos, inteligencia artificial, protocolos de Smart Cities, etc.) es la única forma viable de conservar inmuebles y obras de arte sin tener que recurrir a costosas soluciones de reparación o tratamiento”.
Anualmente, las termitas subterráneas (Reticulitermes lucifugus) causan en Europa gastos superiores a los 730 millones de €uros en daños, tratamientos y reparación de los daños en estructuras de madera. Dicha cantidad está aumentado por el cambio climático, que ocasiona que las termitas estén comenzando a extenderse a zonas donde hasta ahora había bajas temperaturas prolongadas en invierno y, en consecuencia, sus colonias no podían sobrevivir.
El sistema resultante del proyecto podrá emplearse tanto en construcciones patrimoniales como en construcciones actuales y obra nueva. Por motivos normativos, medioambientales y de ahorro energético, en muchos países del mundo está aumentando la construcción en madera; y es cuestión de tiempo que ese crecimiento, apoyado por la decidida apuesta de la UE por el uso de materiales sostenibles y reciclables en la construcción, ocurra también en España.
Con este sistema podrán monitorizarse en tiempo real estructuras nuevas de madera y derivados, y así se vencerán las reticencias que tradicionalmente han limitado mucho el empleo de madera en construcción en nuestro país y, en particular, en la Comunitat Valenciana (el riesgo de degradación por humedad, hongos e insectos xilófagos, por ejemplo).
Los principales resultados técnicos que van obteniéndose en SISPATINT 2022 están disponibles en la página web del proyecto, de forma gratuita, libre y abierta.
Para más información sobre el proyecto y sus resultados, contacte con AIDIMME.
Este proyecto ha sido apoyado por:
Número de proyecto: 22200010
Expediente: IMAMCA/2022/2
Duración: Del 01/01/2022 al 31/12/2022
Coordinado en AIDIMME por: ABIÁN PÉREZ,MIGUEL ANGEL
Línea de I+D: BIOMATERIALES
Para más información, contacte con AIDIMME.
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