Los estudiantes del MIT Sea Grant exploran la intersección de la tecnología y la acuicultura marina en Noruega

Noruega es el mayor productor mundial de salmón del Atlántico de piscifactoría y un importante exportador de productos del mar, mientras que Estados Unidos sigue siendo el mayor importador de estos productos, según la Organización de las Naciones Unidas para la Agricultura y la Alimentación. Dos estudiantes del MIT viajaron recientemente a Trondheim, Noruega, para explorar tecnologías de vanguardia que se están desarrollando e implementando en la acuicultura marina.

Beckett Devoe, estudiante de último año en inteligencia artificial y toma de decisiones, y Tony Tang, estudiante de tercer año en ingeniería mecánica, trabajaron por primera vez con MIT Sea Grant a través del Programa de Oportunidades de Investigación de Pregrado (UROP). Contribuyen a proyectos centrados en el diseño de generadores de olas y aplicaciones de aprendizaje automático para analizar la salud de las larvas de ostras en los criaderos. Si bien la acuicultura costera es una industria bien establecida en Massachusetts y Estados Unidos, la acuicultura en mar abierto sigue siendo un campo incipiente que enfrenta desafíos únicos y complejos.

Para ayudar a comprender mejor esta industria emergente, MIT Sea Grant creó una iniciativa de colaboración, AquaCulture Shock, con financiación de una subvención para viajes educativos y tecnologías de acuicultura a través del Programa Universitario Nacional Sea Grant. En colaboración con el programa MIT-Scandinavia MISTI (Iniciativa Internacional de Ciencia y Tecnología del MIT), MIT Sea Grant emparejó a Devoe y Tang con pasantías de verano relacionadas con la acuicultura en SINTEF Ocean, uno de los institutos de investigación más grandes de Europa.

“La oportunidad de trabajar en este proyecto práctico de acuicultura, en el marco de una institución de investigación de renombre mundial, en una zona del mundo conocida por su innovación en tecnología marina: de eso se trata MISTI”, dice Madeline Smith, directora general del MIT-Escandinavia. “Los estudiantes no sólo obtienen experiencia valiosa en su campo de estudio, sino que también desarrollan comprensión cultural y habilidades que los preparan para ser futuros líderes globales”. Ambos estudiantes trabajaron en el Laboratorio de Sistemas Autónomos y Robótica de Acuicultura de SINTEF Ocean (ACE-Robotic Lab), una instalación diseñada para desarrollar y probar nuevas tecnologías de acuicultura.

“Noruega tiene una geografía única en la que se encuentran todos estos fiordos”, dice Sveinung Ohrem, director de investigación del Grupo de Automatización y Robótica de Acuicultura de SINTEF Ocean. “Así que tienes mucha agua protegida, lo que la hace ideal para realizar acuicultura basada en el mar”. Calcula que hay alrededor de mil piscifactorías en la costa noruega y analiza algunas de las herramientas que se utilizan en la industria: sistemas de toma de decisiones para recopilar y visualizar datos para agricultores y operadores; robots de inspección y limpieza; sensores ambientales para medir oxígeno, temperatura y corriente; Ecosondas que envían señales acústicas para rastrear la ubicación de los peces; y cámaras para ayudar a estimar la biomasa y las multas alimentarias. “La alimentación es un gran desafío”, señala. “El alimento es, con diferencia, el mayor costo, por lo que optimizarlo genera una disminución muy significativa en el costo”.

Durante la pasantía, Devoe se centró en un proyecto que utiliza IA para optimizar la alimentación de los peces. “Trato de observar diferentes características de la granja, tal vez qué tan grandes son los peces o qué tan fría está el agua… y uso esto para tratar de darles a los agricultores una mejor cantidad de alimentos para obtener mejores resultados, y al mismo tiempo ahorrar dinero en alimentos”, explica. “Fue bueno aprender más técnicas de aprendizaje automático y aprovecharlas al máximo en un proyecto del mundo real”.

En el mismo laboratorio, Tang trabajó en la simulación de un sistema submarino de manipulación de máquinas para navegar por granjas y reparar daños en las redes de jaulas con un brazo robótico. Ohrem dice que hoy en día hay miles de robots acuícolas operando en Noruega. “La escala es enorme”, afirmó. “No se puede tener 8.000 personas controlando 8.000 robots; eso no es económica ni prácticamente posible. Por lo tanto, es necesario aumentar el nivel de autonomía de todos estos robots”.

La colaboración entre el MIT y SINTEF Ocean comenzó en 2023 cuando el MIT Sea Grant recibió a Eleni Kelasidi, una científica investigadora visitante del ACE-Robotic Lab. Kelasidi colaboró ​​con el director del MIT Sea Grant, Michael Triantafyllou, y el profesor de ingeniería mecánica, Themistoklis Sapsis, para desarrollar controladores, modelos y máquinas submarinas para la acuicultura, mientras investigaba las interacciones entre peces y máquinas.

“Hemos tenido una larga y fructífera colaboración con la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU) y SINTEF, que continúa con esfuerzos importantes como el proyecto de acuicultura con el Dr. Kelasidi”, dijo Triantafyllou. “Noruega está a la vanguardia de la acuicultura marina y MIT Sea Grant está invirtiendo en esta área, por lo que anticipamos grandes resultados de la colaboración”.

Kelasidi, que actualmente es profesor en NTNU, también dirige el Laboratorio de Robótica de Campo, centrándose en el desarrollo de sistemas robóticos flexibles para operar en entornos altamente complejos y hostiles. “La acuicultura es una de las áreas más difíciles en las que podemos demostrar una solución autónoma, porque todo está en movimiento”, afirmó. Kelasidi describe la acuicultura como un campo profundamente interdisciplinario, que requiere más estudiantes con experiencia tanto en biología como en tecnología. “No podemos desarrollar tecnologías que se apliquen a industrias donde no tenemos componentes biológicos”, explica, “y luego aplicarlas en algún lugar donde tenemos un pez vivo u otro organismo vivo”.

Ohrem afirma que mantener el bienestar de los peces es el principal impulsor para los investigadores y las empresas que operan en la acuicultura, especialmente a medida que la industria continúa creciendo. “Así que la gran pregunta es”, dijo, “¿cómo se puede garantizar eso?”. SINTEF Ocean tiene cuatro licencias de investigación para la piscicultura, que operan a través de una colaboración con SalMar, el segundo productor de salmón más grande del mundo. Los estudiantes tuvieron la oportunidad de visitar una de las granjas industriales, Singsholmen, en la isla de Hitra. La granja cuenta con 10 grandes corrales de redes redondas de unos 50 metros que se extienden profundamente por debajo de la superficie, cada uno con capacidad para 200.000 salmones. “Llegué a tocar físicamente las redes y ver cómo [robotic] brazo podría arreglar la red”, dijo Tang.

Kelasidi enfatiza que la información obtenida en el campo no se puede aprender en la oficina o el laboratorio. “Te abre y te hace darte cuenta de cuál es la escala de los desafíos o la escala de las instalaciones”, dijo. También enfatiza la importancia de la colaboración internacional e institucional para avanzar en este campo de investigación y desarrollar sistemas robóticos más flexibles. “Necesitamos tratar de abordar este problema y resolverlo juntos”.

MIT Sea Grant y el programa MIT-Scandinavia MISTI están reclutando actualmente a un nuevo grupo de cuatro estudiantes del MIT para realizar prácticas en Noruega este verano en institutos que avanzan en tecnología agrícola marina, incluido el Laboratorio de Robótica de Campo de NTNU en Trondheim. Se anima a los estudiantes interesados ​​en autonomía, aprendizaje profundo, modelado de simulación, sistemas robóticos submarinos y otras áreas relacionadas con la acuicultura a ponerse en contacto con Lily Keyes en MIT Sea Grant.