El académico del Departamento de Ingeniería Mecánica de la Usach, Dr. Mohammad Hosein Sabzalian, lidera un proyecto Fondecyt de Iniciación 2026 que busca desarrollar un marco de control seguro y crítico para la seguridad de sistemas autónomos no lineales conectados en red. La metodología, activada por eventos para optimizar las comunicaciones, será validada mediante vehículos submarinos cooperativos.
Los sistemas autónomos tienen una presencia creciente en áreas como la minería, la industria, la logística, las operaciones marinas y el monitoreo ambiental. Sin embargo, al operar fuera de ambientes controlados, deben enfrentar perturbaciones externas, incertidumbres en sus modelos, condiciones cambiantes y restricciones de comunicación, factores que pueden deteriorar su desempeño y, sobre todo, comprometer su seguridad.
Frente a este desafío, el proyecto dirigido por el Dr. Mohammad Hosein Sabzalian busca integrar tres objetivos fundamentales: garantizar la estabilidad del sistema, realizar un seguimiento seguro y eficiente de las trayectorias y respetar restricciones explícitas de seguridad. A eso se suma la incorporación de mecanismos activados por eventos, orientados a reducir las transmisiones de información y las actualizaciones de control innecesarias, sin afectar las condiciones requeridas para una operación segura.
La seguridad incorporada desde el diseño
En un sistema crítico para la seguridad no basta con alcanzar un destino o seguir correctamente una trayectoria: el controlador debe mantener al sistema dentro de una región de operación segura, incluso ante perturbaciones externas, incertidumbres dinámicas o cambios en el entorno. Por eso, las restricciones de seguridad se incorporarán directamente en el diseño del controlador, en lugar de comprobarse solo después de ejecutar una maniobra. En el caso de los vehículos submarinos, estas restricciones podrán incluir la prevención de colisiones, el cumplimiento de límites de profundidad y el seguimiento seguro de las trayectorias planificadas.
“El propósito no es solamente que el sistema realice una tarea con precisión, sino que pueda hacerlo respetando en todo momento las condiciones de seguridad establecidas. La seguridad debe formar parte de la decisión de control desde su diseño”, explica el investigador.
Vehículos submarinos como escenario de validación
La elección de este escenario no es casual. Los vehículos submarinos cooperativos se usan cada vez más en tareas de monitoreo ambiental, inspección de infraestructura marina y exploración oceánica, donde deben operar de forma coordinada en ambientes difíciles de predecir. A diferencia de otros sistemas autónomos, además, dependen de canales de comunicación acústica (mucho más limitados que las redes inalámbricas terrestres), lo que hace que cualquier ahorro en transmisiones de datos sea especialmente valioso para su operación.
“Los vehículos submarinos cooperativos reúnen varios desafíos relevantes: dinámicas complejas, perturbaciones, restricciones de seguridad, seguimiento de trayectorias y comunicación limitada. Por ello, constituyen un caso de validación apropiado, aunque el alcance de la investigación no se restringe a la robótica submarina”, señala el Dr. Mohammad Hosein Sabzalian.
Control y comunicación activados por eventos
Uno de los elementos centrales del proyecto es el control activado por eventos: un enfoque en el que la información o la acción de control se actualiza cuando una condición matemática indica que se requiere una nueva intervención, en lugar de hacerlo de forma periódica. Esto no significa que el sistema se detenga entre dos eventos: la plataforma sigue operando con la información y la acción de control más recientes mientras supervisa la condición que determinará la siguiente actualización, reduciendo así comunicaciones y cálculos innecesarios sin perder las garantías de estabilidad, seguimiento y seguridad.
La formulación también busca garantizar un intervalo positivo entre activaciones consecutivas, para excluir el llamado comportamiento de Zeno (la aparición de una cantidad ilimitada de eventos en un intervalo finito) y favorecer una estrategia matemáticamente consistente y computacionalmente realizable.
Desarrollo y evaluación
La investigación se desarrollará durante tres años. En una primera etapa se formulará el marco teórico y se diseñarán los controladores óptimos y críticos para la seguridad, considerando estrategias basadas en la ecuación de Riccati dependiente del estado (SDRE) y los análisis matemáticos de estabilidad y seguridad correspondientes. Después se incorporarán tareas de seguimiento de trayectorias, perturbaciones ambientales, incertidumbres y restricciones operacionales variables, y en la etapa final se integrarán los mecanismos de comunicación y actualización activados por eventos para sistemas autónomos conectados en red.
La validación será principalmente teórica y computacional, mediante modelos no lineales y simulaciones en MATLAB y Simulink, que permitirán evaluar la estabilidad, el cumplimiento de las restricciones de seguridad, la precisión del seguimiento, la frecuencia de comunicación y la viabilidad computacional de los controladores. El proyecto contará, además, con la colaboración de especialistas de Turquía, China y México, quienes aportarán experiencia en control no lineal, robótica y sistemas autónomos.
Aunque la propuesta será validada mediante vehículos submarinos cooperativos, su formulación general podría servir como base para futuras adaptaciones a drones, robots móviles, vehículos terrestres autónomos, manipuladores, sistemas industriales y redes de robots cooperativos. Esa transferencia no será automática, ya que cada plataforma requiere considerar sus propias dinámicas, actuadores, condiciones operacionales y restricciones de seguridad.
“Este proyecto puede contribuir a Chile mediante la generación de conocimiento científico, la formación de estudiantes y equipos especializados, y la creación de bases metodológicas que apoyen futuras innovaciones en sectores estratégicos como las operaciones marinas, la minería, la industria, la logística, el monitoreo ambiental y la robótica autónoma”, afirma el Dr. Mohammad Hosein Sabzalian.
Fotografía: cedida
