Investigadores del IDeTIC de la ULPGC estudian la interacción de las microalgas con los enlaces ópticos submarinos, que incrementan el ruido e interferencias

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Junto al IOCAG y el Banco de Algas desarrollan un proyecto para crear prototipos de comunicaciones ópticas por radiación visible (VLC) para su aplicación en los sistemas de cultivo de microalgas.

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Investigadores del Instituto Universitario para el Desarrollo Tecnológico y la Innovación en Comunicaciones (IDeTIC) de la ULPGC han realizado un estudio en el que analizan el efecto del Movimiento de las Microalgas en los Enlaces Ópticos Submarinos. Los resultados del estudio muestran que en un agua clara (escenario sin algas), el efecto de movimiento del agua no introduce distorsiones significativas en las prestaciones del enlace, mientras que cuando hay microalgas presentes, su movimiento influye en el valor promedio de potencia óptica recibida e incrementa los niveles de ruido e interferencias en el canal en todas las longitudes de onda medidas.

Hasta la fecha los estudios de las prestaciones de los canales ópticos submarinos se basaban en distribuciones estáticas de las partículas en el agua, sin considerar el movimiento de dichas partículas en el medio por donde se propaga la luz. Por tanto, este trabajo supone una aportación innovadora al campo de estudio de los enlaces ópticos inalámbricos submarinos (UWOC).

Las comunicaciones ópticas inalámbricas submarinas (o Underwater Wireless Optical Comunications, UWOC en inglés), forman parte del área de investigación de las comunicaciones ópticas inalámbricas, y más concretamente de las comunicaciones por luz visible (Visible Light Communications, VLC en inglés) ya que para estas aplicaciones se requieren fuentes ópticas como lámparas LED visibles.

Este tipo de enlaces se ven gravemente afectados por perturbaciones de canal, como las producidas por la presencia de partículas en el agua. Este efecto es particularmente importante cuando se consideran aplicaciones de relacionadas con el cultivo de algas o acuicultura, que se están convirtiendo en un recurso económico crucial en muchas áreas marítimas.

En este trabajo, se estudian los efectos del movimiento de microalgas en enlaces ópticos submarinos de corto alcance en condiciones dinámicas (con las microalgas desplazándose dentro de la zona de comunicación óptica). En concreto, se calculan los parámetros estadísticos relacionados con el nivel de señal recibido medido experimentalmente y la relación señal a ruido (que da idea del nivel de interferencias generadas), con lo que es posible evaluar la calidad del enlace de comunicaciones.

Este trabajo ha sido publicado como un artículo de investigación y está firmado por los investigadores Víctor Guerra Yánez, Julio Rufo Torres, José Rabadán Borges y Rafael Pérez-Jiménez.

En este artículo se destaca que las comunicaciones UWOC son una técnica prometedora en el desarrollo e implementación redes de datos de corto alcance en entornos submarinos. Entre otras ventajas, estos sistemas proporcionan mejoras en el coste, rendimiento y complejidad en comparación con otras alternativas, como las comunicaciones acústicas o los enlaces de radiofrecuencia. Las prestaciones de estos enlaces dependen fundamentalmente de las propiedades del canal submarino relacionadas con la propagación de la luz y entre ellas, la presencia de partículas en el medio acuático es una de las más significativas.

Diseño de un prototipo para cultivo de microalgas

En Canarias la industria de los cultivos marinos supone uno de los sectores con mayor proyección de futuro, con diversos campos de aplicación que abarcan desde el consumo humano a la biomedicina. El desarrollo de plantas de producción eficientes requiere de mejoras en diversos aspectos entre los que cabe destacar el desarrollo de sistemas de iluminación específica para mejorar el rendimiento de los fotobiorreactores y nuevos sistemas de comunicación inalámbrica para conectar sensores inmersos en los cultivos. Los trabajos desarrollados en el artículo se enmarcan en la segunda problemática analizando la calidad del canal óptico no guiado como medio para las comunicaciones de los sensores.

Parte de los trabajos presentados en este artículo se han desarrollado en el proyecto ATTICuA (Aplicación de Tecnologías de Iluminación Inteligente e Internet de las Cosas a los Cultivos de microAlgas) financiado por la ACIISI (Agencia Canaria de Investigación, Innovación y Sociedad de la Información) (Referencia: ProID2017010053) y cofinanciado por el programa operativo FEDER Canarias 2014-2020.

Este proyecto se basa en las sinergias establecidas entre la División de Fotónica y Comunicaciones del Instituto Universitario para el Desarrollo Tecnológico y la Innovación en Comunicaciones (IDeTIC); y el Grupo de Oceanografía Biológica y Algología Aplicada del Instituto Universitario de Oceanografía y Cambio Global (IOCAG) y, en concreto, con el Banco Español de Algas (BEA), para abordar el desarrollo de prototipos basados en la tecnología de comunicaciones ópticas por radiación visible (VLC), y más concretamente aquellos utilizados en sistemas de comunicaciones submarinas UWOC, para su aplicación en los sistemas de cultivo de microalgas. Como objetivo principal del proyecto, se pretende abordar el diseño de un sistema de doble uso (iluminación configurable y comunicación óptica por luz visible) basado en lámparas de estado sólido (LEDs) aplicado al cultivo y la producción de microalgas y cianobacterias.

El trabajo ha sido publicado en enero de 2020 en la revista internacional Applied Optics, que está editada por la Sociedad Americana de Óptica (Optical Society of America), asociación de renombre internacional con varias revistas científicas de alto nivel de divulgación. En concreto, cuenta con un índice de impacto JCR (Journal Citation Ranking) de 1.973, que la sitúa dentro del 2º cuartil o Q2 del total de las revistas del área de OPTICA, lo que la establece como una revista muy relevante en su área según los criterios de la Agencia Nacional de Evaluación de la Calidad y la Acreditación (ANECA).