Robótica aplicada al medio forestal y natural

El objetivo de esta materia es que el alumnado conozca y domine las bases y los fundamentos de la producción forestal, que distinga los distintos tipos de producciones y de parámetros críticos de las producciones forestales, y que domine las aplicaciones robóticas y el uso de sensores para la gestión ambiental y del medio natural.

Los contenidos de la materia recogidos en la memoria modificada de la titulación son:

Bases y fundamentos de la producción forestal. Automatización y robótica para diferentes aplicaciones de gestión de recursos forestales y para la transformación industrial de los productos del monte.

Estos contenidos se desarrollarán en el siguiente programa, considerando que cada hora de trabajo presencial con el profesor debería corresponder a otras dos horas de trabajo del alumno:

Programa
Bloque I. Generalidades (3 horas de trabajo presencial)

Tema 1. El sector forestal. Agentes implicados. Importancia económica. Principales productos forestales. Rendimientos y balances económicos.
Tema 2. El monte. Propiedad y gestión. Características de los terrenos forestales. Los trabajos forestales y la siniestralidad.
Tema 3. Gestión ambiental. Espacios naturales. Protección de espacios naturales.

Bloque II. Automatización y robótica en el inventario forestal y ambiental (12 horas de trabajo presencial)

Tema 4. Estructura, existencias y crecimiento de las masas forestales.
Tema 5. Medición de variables de árbol y de masa.
Tema 6. Inventario en campo.
Tema 7. Inventario por sensores remotos.
Tema 8. Metodologías de análisis de datos en el inventario forestal y ambiental.

Bloque III. Automatización y robótica en la prevención y extinción de incendios forestales (7 horas de trabajo presencial)

Tema 9. Prevención de incendios forestales. Determinación de cargas de combustible. Normativa aplicable. Mediciones por procedimientos clásicos. Aplicaciones de automatización y robótica.
Tema 10. Extinción de incendios forestales. Comportamiento del fuego. Intensidad lineal. Posibilidades de ataque directo. Aplicaciones robóticas de apoyo en extinción, en transporte de material o para rescate.

Bloque IV. Automatización y robótica en la producción de planta en vivero, plantación, desbroce y poda (8 horas de trabajo presencial)

Tema 11. Producción de planta forestal en vivero. Tipos de vivero. Operaciones necesarias. Control de calidad de planta. Automatización y robótica en viveros: sembradoras, transporte de planta, clasificación.
Tema 12. Plantación en monte. Tipos y tamaño de planta. Proceso de plantación y control de calidad de la ejecución. Plantadoras. Aplicaciones de automatización y robótica.
Tema 13. Desbroce. Tipos de desbroce y motivos para desbrozar. Calidad de ejecución de los desbroces. Soluciones habituales y riesgos laborales. Desbrozadoras de accionamiento a distancia.
Tema 14. Podas. Tipos y objetivos. Calidad de ejecución. Herramientas y equipos usados habitualmente. La alternativa de los robots podadores.

Bloque V. Automatización y robótica en el aprovechamiento maderero (6 horas de trabajo presencial)

Tema 15. El aprovechamiento maderero: fases, técnicas, equipos utilizados y planificación.
Tema 16. Automatización y robotización del aprovechamiento maderero. Perspectivas futuras.

Bloque VI. Automatización y robótica en la industria forestal (12 horas de trabajo presencial)

Tema 17: Optimización del despiece en aserraderos. Control de calidad de materias primas, producto semielaborado y producto final mediante análisis de imágenes.
Tema 18: Regulación y control en la fabricación de pasta de celulosa y papel. Automatización en los procesos de fabricación de tableros derivados de la madera.
Tema 19: Automatización en la mecanización de tableros para la industria del mueble. Seudorrobots industriales para tomar y colocar. Máquinas de control numérico. Acabado de superficies. Ensayos mecánicos de componentes móviles.

Está prevista la realización de 3 o más prácticas, ya incluidas en el cómputo de horas anterior. Se realizarán salidas a campo para realizar mediciones y toma de datos con sensores así como visitas a empresas forestales con procesos automatizados. En la primera práctica se resuelven supuestos con ayuda de QGIS en el aula. En la segunda práctica, en colaboración con la Unidad Técnica de Apoyo (UTA), se realizan en campo mediciones dendrométricas, se registran parámetros meteorológicos y se utilizan drones para prevenir incendios forestales y analizar áreas incendiadas. En la tercera práctica se visita una industria de transformación de la madera con alto grado de automatización. Dependiendo de la disponibilidad de entidades colaboradoras, se puede llegar a realizar una cuarta práctica de campo, en la que se muestra el uso de drones de la UIFO y se manejan desbrozadoras por radio control.

Bibliografía básica:

Billingsley, J.; Visala, A.; Dunn, M. 2016. Robotics in Agriculture and Forestry. In Springer Handbook of Robotics; Springer International Publishing: Berlin/Heidelberg, Germany. pp. 1065–1077.

González, V.; Tolosana, E.; Ambrosio, Y.; Laína, R.; Vignote, S. 2014. Manual de mecanización de los aprovechamientos forestales. Ediciones Mundiprensa. 374 pp.

Oliveira, L.F.P.; Moreira, A.P.; Silva, M.F. 2021. Advances in Forest Robotics: A State-of-the-Art Survey. Robotics 10, 53. doi:10.3390/robotics10020053.

Reis, R.; dos Santos, F.N.; Santos, L. 2019. Forest Robot and Datasets for Biomass Collection. In Advances in Intelligent Systems and Computing; Springer International Publishing: New York, NY, USA. pp. 152–163.

Tolosana, E.; González G. de Linares, V.M.; Vignote Peña, S. 2004. El aprovechamiento maderero. Ediciones Mundiprensa. 628 pp.

Bibliografía complementaria:

Camp, W.G.; Daguerty, T.B. 1991. Managing our natural resources (2ª ed.). Delmar Publishers, Inc. 332 pp.

Couceiro, M.S.; Portugal, D.; Ferreira, J.F.; Rocha, R.P. 2019. SEMFIRE: Towards a new generation of forestry maintenance multirobot systems. In Proceedings of the 2019 IEEE/SICE International Symposium on System Integration (SII), Paris, France, 14–16 January 2019; pp. 270–276.

Lindroos, O.; La Hera, P.; Häggström, C. 2017. Drivers of advances in mechanized timber harvesting - a selective review of technological innovation. Croat. J. For. Eng. 38, 243-258.

Miettinen, M.; Öhman, M.; Visala, A.; Forsman, P. 2007. Simultaneous Localization and Mapping for Forest Harvesters. In Proceedings of the 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation, Roma, Italy, 10–14 April 2007.

Nieto Ojeda, R. (ed.) 2007. Manual de aprovechamientos forestales. Ediciones R. Nieto. 424 pp.

Öhman, M.; Miettinen, M.; Kannas, K.; Jutila, J.; Visala, A.; Forsman, P. 2008. Tree Measurement and Simultaneous Localization and Mapping System for Forest Harvesters. In Springer Tracts in Advanced Robotics; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany. pp. 369–378.

Rossmann, D.I.J. 2013. Navigation of Mobile Robots in Natural Environments: Using Sensor Fusion in Forestry; Springer: Berlin/Heidelberg, Germany. pp. 43–52.

Silva Aguiar, A.; dos Santos, F.N.; Boaventura Cunha, J.; Sobreira, H.; Sousa, A.J. 2020. Localization and Mapping for Robots in Agriculture and Forestry: A Survey. Robotics 9, 97. doi:10.3390/robotics9040097.

Visser, R.; Francis Obi, O. 2021. Automation and robotics in forest harvesting operations: identifiying near-term opportunities. Croat. J. For. Eng. 42, 13-24. doi:10.5552/crojfe.2021.739.

Esta materia contribuirá al desarrollo o mejora de las siguientes competencias que figuran en la memoria modificada del título:

Competencias básicas
CB3: Que los estudiantes tengan la capacidad de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro de su área de estudio) para emitir juicios que incluyan una reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica o ética.
CB4: Que los estudiantes puedan transmitir información, ideas, problemas y soluciones a un público tanto especializado como no especializado.
CB5 Que los estudiantes hayan desarrollado aquellas habilidades de aprendizaje necesarias para emprender estudios posteriores con un alto grado de autonomía.

Competencias generales
CG4: Saber las necesidades tecnológicas de la sociedad y la industria, y ser capaz de mejorar servicios y procesos de producción aplicando tecnología actual de robótica, mediante la elección, adquisición y puesta en marcha de sistemas robóticos en diferentes aplicaciones, tanto industriales como de servicios.

Competencias transversales
CT1: Capacidad de análisis y síntesis.
CT2: Capacidad para el razonamiento y la argumentación.
CT3: Capacidad de trabajo individual, con actitud autocrítica.
CT4: Capacidad para trabajar en grupo y abarcar situaciones problemáticas de forma colectiva.
CT5: Capacidad para obtener información adecuada, diversa y actualizada.
CT6: Capacidad para elaborar y presentar un texto organizado y comprensible.
CT7: Capacidad para realizar una exposición en público de forma clara, concisa y coherente.
CT8: Compromiso de veracidad de la información que ofrece a los demás.
CT9: Habilidad en el manejo de tecnologías de la información y de la comunicación (TIC).
CT10: Utilización de información bibliográfica y de Internet.
CT11: Utilización de información complementaria y/o puntual en lengua inglesa.
CT12: Capacidad para resolver problemas mediante la aplicación integrada de sus conocimientos.

Competencias específicas
CE9: Conocer los sensores habituales en robótica, su funcionamiento, así como los métodos y técnicas para el tratamiento de la información captada.

Al terminar con éxito esta asignatura, los estudiantes serán capaces de:
Conocimiento:
Con78. Conocer y dominar las bases y fundamentos de la producción forestal.
Con79. Conocer las necesidades tecnológicas de la sociedad y la industria, y ser capaz de mejorar los servicios y procesos de producción aplicando tecnología actual de robótica.
Destreza:
H/D83.Efectuar mediciones y toma de datos con sensores.
Competencia:
Comp08. Capacidad para adaptar los sensores habituales en robótica, los métodos y técnicas para el tratamiento de la información captada.

Docencia presencial
• Lecciones magistrales en el aula, seminarios y asistencia a conferencias. En ellos se expondrá el temario teórico de la materia y también se harán ejercicios que ilustren la teoría y permitan al alumnado aprender a utilizar las técnicas y conceptos estudiados en ella (CB5, CG4, CT1, CT12 y CE9).
• Prácticas. Está prevista la realización de, al menos, 3 prácticas, incluyendo salidas a campo para realizar mediciones y toma de datos con sensores así como visitas a empresas forestales con procesos automatizados (CT4, CT6, CE9).
• Tutorías personales y en grupo. Los alumnos podrán discutir con los profesores las dificultades o cuestiones surgidas en el trabajo de clase, durante la realización de ejercicios o en la elaboración de los casos prácticos propuestos (CB3, CT2, CT4).
• Uso del Campus Virtual como herramienta de apoyo a la docencia. Allí estarán disponibles los materiales necesarios para la realización de los ejercicios y trabajos de curso y también material de apoyo para las enseñanzas teóricas (CT5, CT9, CT10, CT11, CT12).

Trabajo personal del alumno
• Resolución de ejercicios y problemas semejantes a los explicados en clase, para que pueda trabajar fuera del aula para fortalecer sus conocimientos y descubrir sus dificultades con la materia (CB3, CB5, CG4, CT1, CT12 y CE9).
• Casos prácticos de análisis de datos. El profesor suministrará datos reales obtenidos en diversos estudios en el ámbito forestal para que el alumnado los analice de forma autónoma empleando las técnicas aprendidas en la materia. El alumno presentará un informe con sus resultados (CB3, CB5, CG4, CT1, CT12 y CE9).
• Cada persona redactará un trabajo sobre un tema acordado con los profesores. Este trabajo deberá ser defendido de forma oral. Tanto el trabajo redactado como su exposición oral serán parte de la evaluación de la materia (CB3, CB4, CB5, CG4, CT1, CT2, CT3, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9, CT10, CT11, CT12 y CE9).
• Visita con los profesores a una fábrica de mobiliario parcialmente automatizada. Cada alumno redactará un informe descriptivo de la visita. La evaluación del bloque VI de la materia se basará en el contenido de dicho informe escrito (CB3, CB4, CG4, CT1, CT3, CT6 y CT8).

Entrega de informes de prácticas y de visitas (40 %): CB3, CB4, CB5, CG4, CT1, CT3, CT6, CT12 y CE9.

Trabajo presentado y presentación oral (50 %): CB3, CB4, CB5, CG4, CT1, CT2, CT3, CT4, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9, CT10, CT11, CT12 y CE9.

Asistencia regular a las clases (10 %).

El plazo de entrega de los informes y trabajos acabará una semana antes de la fecha de examen establecida en el calendario oficial de exámenes. El trabajo se presentará en papel o de forma digital y puede ser un documento de texto o bien una copia del material que se vaya a proyectar en la defensa oral.

La presentación oral del trabajo tendrá lugar en el aula durante las últimas sesiones ordinarias de clase.

La realización de las actividades propuestas es obligatoria para superar la materia. Sin embargo, los alumnos que no presenten el trabajo, los ejercicios, los casos prácticos y el informe o bien, que no asistan a la docencia presencial, serán evaluados mediante examen escrito en las fechas oficiales de examen (dos oportunidades).

Los alumnos con dispensa de asistencia a clase tendrán que realizar los mismos trabajos que el resto de alumnos para superar la materia.

Los criterios de evaluación serán los mismos para todos los alumnos, nuevos y repetidores, con o sin dispensa de asistencia a clase, tanto en la oportunidad ordinaria como en la extraordinaria.

Para los casos de realización fraudulenta de ejercicios o pruebas será de aplicación lo recogido en la “Normativa de avaliación do rendemento académico dos estudantes e de revisión de cualificacións”.

Las horas dedicadas a la materia se ajustarán según lo previsto por el sistema de créditos ECTS: 6 créditos ECTS x 25 horas/crédito = 150 horas de dedicación.

DOCENCIA PRESENCIAL (60 h):
Clases expositivas: 24
Seminarios: 12
Prácticas: 12
Tutorías individuales: 4
Tutorías en grupo: 3
Exámenes y revisiones: 5

TRABAJO PERSONAL DEL ALUMNO (90 h):
Lectura y preparación de temas de teoría: 36
Realización de ejercicios y casos prácticos: 12
Prácticas (preparación previa y trabajo posterior): 12
Trabajo de curso e informe: 23
Exámenes (preparación): 7

TOTAL: 150 h

Asistencia a las clases expositivas, seminarios y prácticas.
Consultas al profesor en horario de tutoría individual.
Conocer y utilizar la documentación que se pone a disposición del alumno en el Campus Virtual.
Organización, ordenación y puesta al día de la documentación.
Estudiar con regularidad.