¿Cuál es el objetivo principal del proyecto SenForFire?
Demostrar la viabilidad de las redes inteligentes de sensores de bajo coste para su aplicación en sistemas de vigilancia y alerta temprana de incendios forestales. Estas redes están formadas por nodos con pequeños módulos electrónicos que, a su vez, integran sensores que miden en tiempo real parámetros meteorológicos y ambientales determinantes del peligro de incendio forestal, entendiendo como tal la probabilidad de que se produzca un incendio o la presencia de fuegos activos en la zona a monitorizar o vigilar.
¿Qué tecnologías se están utilizando en los sensores para la detección temprana de incendios?
Se están empleando diversas tecnologías avanzadas que abarcan desde la fabricación de sensores hasta el procesamiento y análisis de datos y la comunicación inalámbrica en redes de sensores inteligentes. Entre ellas destacan las tecnologías de micro y nano fabricación, utilizadas en la producción de sensores de gas, flujo de viento y radiación, para detectar cambios ambientales sutiles en la atmósfera en las primeras fases de un incendio.
Los cambios se deben a los procesos de deshidratación o secado, descomposición térmica o pirolisis y combustión que la vegetación forestal experimenta al entrar en contacto con una fuente de calor, lo que da lugar a emisiones a la atmósfera de agua, compuestos volátiles, gases contaminantes, gases de efecto invernadero, partículas y radiación infrarroja.
“Nuestros sensores miden en tiempo real la probabilidad de que se produzca un incendio o la presencia de fuegos activos en la zona a monitorizar o vigilar”
Asimismo, estamos empleando tecnologías de comunicación inalámbrica, como LoRa, que permite conexiones de largo alcance con bajo consumo energético, facilitando la integración de sensores en redes de Internet de las Cosas (IoT) para el monitoreo en tiempo real de grandes áreas forestales.
Por otro lado, también se implementarán algoritmos de inteligencia artificial para procesar y analizar los datos recopilados, mejorando la capacidad de predicción de incendios y optimizando la toma de decisiones en la distribución de recursos y la respuesta ante emergencias.
¿Puede mejorar la gestión de un incendio? ¿De qué manera?
Sí, se espera que este tipo de sensores y los sistemas en los que van integrados puedan contribuir a la gestión de incendios forestales, sobre todo, en las primeras fases, antes de su propagación, gracias a una monitorización en tiempo real más amplia, detección temprana de puntos calientes y aviso inmediato a los equipos de emergencia.
Pueden contribuir también a la prevención de incendios, aportando datos locales de parámetros meteorológicos, de la atmósfera, la vegetación o el suelo que complementan los datos a escala regional obtenidos a partir de imágenes satelitales de la superficie terrestre.
“Estamos empleando tecnologías de comunicación inalámbrica que permite conexiones de largo alcance con bajo consumo energético, para el monitoreo en tiempo real de grandes áreas forestales”
Otra aplicación de interés es la monitorización de la calidad del aire durante y después de los incendios, con el fin de proteger la salud de los equipos de extinción y de la población de las áreas afectadas por el incendio.
¿Qué ventajas ofrecen los sensores ópticos de partículas en comparación con otros tipos de sensores?
En el caso de los sensores ópticos de partículas la mejora tiene que ver con su mejor sensibilidad y velocidad de respuesta con respecto a otro tipo de sensores de partículas recientemente evaluados. De la misma forma, hemos visto que los sensores de gas basados en óxidos semiconductores, electroquímicos y de fotoionización también muestran mayor sensibilidad y velocidad de respuesta, en comparación a los sensores de gas basados en tecnología por infrarrojos.
Para la detección temprana de incendios, se recomienda usar sensores de gas y de partículas, ya que ambos pueden monitorizar tanto la quema de combustibles húmedos, caracterizada por altas emisiones de monóxido de carbono y humo, como la de combustibles secos, que emite principalmente dióxido de carbono y pocas partículas.
Cabe destacar que, entre el grupo de sensores de gas con óxidos semiconductores evaluados en las pruebas, están aquellos micro/nano fabricados en la Sala Blanca del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM). Estos sensores, integran una matriz de microsensores y además son más compactos de lo que son otros sensores comerciales basados en óxidos semiconductores. Estas características mejoran los consumos del dispositivo y facilitan su integración en sistemas portátiles autónomos; una de las claves para el éxito de las redes inteligentes de sensores.
“Otra aplicación de interés es la monitorización de la calidad del aire durante y después de los incendios, con el fin de proteger la salud de los equipos de extinción”
¿Cómo funcionan los sensores para detectar la presencia de gases en las primeras fases de un incendio?
Los sensores de gas basados en óxidos semiconductores tienen la capacidad de responder frente a los gases en las primeras fases de un incendio gracias a la interacción electrónica entre la superficie del semiconductor y las especies gaseosas liberadas durante la combustión incipiente. Para que esta respuesta sea efectiva, la superficie del sensor debe ser químicamente activa y alcanzar una temperatura óptima, lo cual se logra mediante microcalefactores integrados en el dispositivo sensor.
¿Qué papel juegan los nanomateriales semiconductores en la sensibilidad y selectividad de los sensores?
El semiconductor desempeña un papel clave en la sensibilidad y selectividad de los sensores de gas, ya que actúa como el elemento activo en los procesos de adsorción y desorción de las moléculas gaseosas. Durante esta interacción, se produce un intercambio de electrones entre el gas y el semiconductor, generando variaciones en sus propiedades eléctricas que son proporcionales a la concentración y al tipo de gas con el que está en contacto.
"Detectar los incendios en las fases iniciales facilitará una respuesta más ágil y efectiva por parte de los equipos de emergencia, reduciendo el tiempo de reacción y minimizando el riesgo de que los incendios se propaguen descontroladamente"
El uso de semiconductores estructurados con características nanométricas mejora significativamente la sensibilidad del sensor, ya que proporcionan una mayor superficie activa para la interacción con los gases. Además, las facetas cristalinas del semiconductor nanoestructurado presentan mayor afinidad por determinadas especies gaseosas, lo que contribuye a la selectividad del sensor.
¿Qué impacto se espera que tenga esta tecnología en la prevención y detección de incendios forestales?
Se espera que las redes inteligentes de sensores de bajo costo tengan un impacto significativo en la prevención y detección temprana de incendios forestales. Gracias a su capacidad para identificar cambios en las condiciones ambientales en tiempo real, estos sensores permitirán detectar incendios en sus fases iniciales, emitiendo alertas rápidas y precisas. Esto facilitará una respuesta más ágil y efectiva por parte de los equipos de emergencia, reduciendo el tiempo de reacción y minimizando el riesgo de que los incendios se propaguen descontroladamente.
En un contexto de creciente amenaza de grandes incendios en el suroeste de Europa, esta tecnología podría representar una herramienta clave para fortalecer las estrategias de prevención y mitigación del riesgo.
¿Cuáles son los próximos pasos en el desarrollo y despliegue de estos sensores?
En los próximos meses, se llevarán a cabo nuevas pruebas mediante quemas prescritas y quemas agrícolas en diversas zonas piloto de España y Portugal. Esta nueva fase de pruebas tiene como objetivo profundizar en la evaluación del rendimiento de las redes inteligentes de sensores en entornos con distintas características forestales, topográficas y climáticas. Los datos obtenidos permitirán optimizar el diseño y la calibración de los sensores, mejorando su precisión y adaptabilidad a diferentes escenarios de cara a una posible implementación a gran escala.