Robótica aplicada ao medio forestal e natural

O obxectivo desta materia é que o alumnado coñeza e domine as bases e os fundamentos da produción forestal, que distinga os distintos tipos de producións e de parámetros críticos das producións forestais, e que domine as aplicacións robóticas e o uso de sensores para a xestión ambiental e do medio natural.

Os contidos da materia recollidos na memoria modificada da titulación son:

Bases e fundamentos da produción forestal. Automatización e robótica para diferentes aplicacións de xestión de recursos forestais e para a transformación industrial dos produtos do monte.

Estes contidos desenvolveranse no seguinte programa, considerando que cada hora de traballo presencial co profesor debería corresponder con outras dúas horas de traballo do alumno:

Programa
Bloque I. Xeneralidades (3 horas de traballo presencial)

Tema 1. O sector forestal. Axentes implicados. Importancia económica. Principais produtos forestais. Rendementos e balances económicos.
Tema 2. O monte. Propiedade e xestión. Características dos terreos forestais. Os traballos forestais e a sinistralidade.
Tema 3. Xestión ambiental. Espazos naturais. Protección de espazos naturais.

Bloque II. Automatización e robótica no inventario forestal e ambiental (12 horas de traballo presencial)

Tema 4. Estrutura, existencias e crecemento das masas forestais.
Tema 5. Medición de variables de árbore e de masa.
Tema 6. Inventario en campo.
Tema 7. Inventario por sensores remotos.
Tema 8. Metodoloxías de análise de datos no inventario forestal e ambiental.

Bloque III. Automatización e robótica na prevención e extinción de incendios forestais (7 horas de traballo presencial)

Tema 9. Prevención de incendios forestais. Determinación de cargas de combustible. Normativa aplicable. Medicións por procedementos clásicos. Aplicacións de automatización e robótica.
Tema 10. Extinción de incendios forestais. Comportamento do lume. Intensidade lineal. Posibilidades de ataque directo. Aplicacións robóticas de apoio en extinción, en transporte de material ou para rescate.

Bloque IV. Automatización e robótica na produción de planta en viveiro, plantación, roza e poda (8 horas de traballo presencial)

Tema 11. Produción de planta forestal en viveiro. Tipos de viveiro. Operacións necesarias. Control de calidade de planta. Automatización e robótica en viveiros: sementadoras, transporte de planta, clasificación.
Tema 12. Plantación en monte. Tipos e tamaño de planta. Proceso de plantación e control de calidade da execución. Plantadoras. Aplicacións de automatización e robótica.
Tema 13. Roza. Tipos de roza e motivos para rozar. Calidade de execución das rozas. Solucións habituais e riscos laborais. Rozadoiras de accionamento a distancia.
Tema 14. Podas. Tipos e obxectivos. Calidade de execución. Ferramentas e equipos usados habitualmente. A alternativa dos robots podadores.

Bloque V. Automatización e robótica no aproveitamento madeireiro (6 horas de traballo presencial)

Tema 15. O aproveitamento madeireiro: fases, técnicas, equipos utilizados e planificación.
Tema 16. Automatización e robotización do aproveitamento madeireiro. Perspectivas futuras.

Bloque VI. Automatización e robótica na industria forestal (12 horas de traballo presencial)

Tema 17. Optimización do despece en serradoiros. Control de calidade de materias primas, produto semielaborado e produto final mediante análise de imaxes.
Tema 18. Regulación e control na fabricación de pasta de celulosa e papel. Automatización nos procesos de fabricación de taboleiros derivados da madeira.
Tema 19. Automatización na mecanización de taboleiros para a industria do moble. Seudorrobots industriais para tomar e colocar. Máquinas de control numérico. Acabado de superficies. Ensaios mecánicos de compoñentes móbiles.

Esta prevista a realización de 3 ou máis prácticas, xa incluídas no cómputo de horas anterior. Realizaranse saídas a campo para realizar medicións e toma de datos con sensores así como visitas a empresas forestais con procesos automatizados. Na primeira práctica resólvense supostos coa axuda de QGIS na aula. Na segunda práctica, en colaboración coa Unidade Técnica de Apoyo (UTA), se realizan en campo medición dendrométricas, se rexistran parámetros meteorolóxicos e se utilizan drons para previr incendios forestais e analizar áreas incendiadas. Na terceira práctica se visita unha industria de transformación da madeira con alto grao de automatización. Dependendo da dispoñibilidade de entidades colaboradoras, pódese chegar a realizaren unha cuarta práctica de campo, na que se mostra o uso de drons da UIFO e se manexan rozadoiras 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 ao desenvolvemento ou mellora das seguintes competencias que figuran na memoria modificada do título:

Competencias básicas
CB3: Que os estudantes teñan a capacidade de reunir e interpretar datos relevantes (normalmente dentro da súa área de estudo) para emitir xuízos que inclúan unha reflexión sobre temas relevantes de índole social, científica ou ética.
CB4: Que os estudantes poidan transmitir información, ideas, problemas e solucións a un público tanto especializado como non especializado.
CB5 Que os estudantes desenvolvan aquelas habilidades de aprendizaxe necesarias para emprender estudos posteriores cun alto grao de autonomía.

Competencias xerais
CG4: Saber as necesidades tecnolóxicas da sociedade e a industria, e ser capaz de mellorar servizos e procesos de produción aplicando tecnoloxía actual de robótica, mediante a elección, adquisición e posta en marcha de sistemas robóticos en diferentes aplicacións, tanto industriais como de servizos.

Competencias transversais
CT1: Capacidade de análise e síntese.
CT2: Capacidade para o razoamento e a argumentación.
CT3: Capacidade de traballo individual, con actitude autocrítica.
CT4: Capacidade para traballar en grupo e abarcar situacións problemáticas de forma colectiva.
CT5: Capacidade para obter información adecuada, diversa e actualizada.
CT6: Capacidade para elaborar e presentar un texto organizado e comprensible.
CT7: Capacidade para realizar unha exposición en público de forma clara, concisa e coherente.
CT8: Compromiso de veracidade da información que ofrece aos demais.
CT9: Habilidade no manexo de tecnoloxías da información e da comunicación (TIC).
CT10: Utilización de información bibliográfica e de internet.
CT11: Utilización de información complementaria e/ou puntual en lingua inglesa.
CT12: Capacidade para resolver problemas mediante a aplicación integrada dos seus coñecementos.

Competencias específicas
CE9: Coñecer os sensores habituais en robótica, o seu funcionamento, así como os métodos e técnicas para o tratamento da información captada.

Ao rematar con éxito esta materia, os estudantes serán capaces de:
Coñecemento:
Con78. Coñecer e dominar as bases e fundamentos da produción forestal.
Con79. Coñecer as necesidades tecnolóxicas da sociedade e da industria, e ser capaz de mellorar os servizos e procesos produtivos aplicando a tecnoloxía robótica actual.
Habilidade:
H/D83. Realizar medicións e recollida de datos con sensores.
Competencia:
Comp08. Capacidade para adaptar os sensores habituais en robótica, os métodos e técnicas de tratamento da información captada.

Docencia presencial
• Leccións maxistrais na aula, seminarios e asistencia a conferencias. Neles expoñerase o temario teórico da materia e tamén faranse exercicios que ilustren a teoría e permitan ao alumnado aprender a utilizar as técnicas e conceptos estudados nela (CB5, CG4, CT1, CT12 e CE9).
• Prácticas. Está prevista a realización de, polo menos, 3 prácticas incluíndo saídas a campo para realizar medicións e toma de datos con sensores así como visitas a empresas forestais con procesos automatizados (CT4, CT6, CE9).
• Titorías persoais e en grupo. Os alumnos poderán discutir cos profesores as dificultades ou cuestións xurdidas no traballo de clase, durante a realización de exercicios ou na elaboración dos casos prácticos propostos (CB3, CT2, CT4).
• Uso do Campus Virtual como ferramenta de apoio á docencia. Alí estarán dispoñibles os materiais necesarios para a realización dos exercicios e traballos de curso e tamén material de apoio para o ensino teórico ( CT5, CT9, CT10, CT11, CT12).

Traballo persoal do alumno
• Resolución de exercicios e problemas semellantes aos explicados en clase, para que poida traballar fora da aula para fortalecer os seus coñecementos e descubrir as súas dificultades coa materia (CB3, CB5, CG4, CT1, CT12 e CE9).
• Casos prácticos de análise de datos. O profesor fornecerá datos reais obtidos en diversos estudos no ámbito forestal para que o alumnado os analice de forma autónoma empregando as técnicas aprendidas na materia. O alumno presentará un informe cos seus resultados (CB3, CB5, CG4, CT1, CT12 e CE9).
• Cada persoa redactará un traballo sobre un tema acordado cos profesores. Este traballo deberá ser defendido oralmente. Tanto o traballo redactado como a súa exposición oral serán parte da avaliación da materia (CB3, CB4, CB5, CG4, CT1, CT2, CT3, CT5, CT6, CT7, CT8, CT9, CT10, CT11, CT12 e CE9).
• Visita cos profesores a unha fábrica de mobiliario parcialmente automatizada. Cada alumno redactará un informe descritivo da visita. A avaliación do bloque VI da materia basearase no contido de dito informe escrito (CB3, CB4, CG4, CT1, CT3, CT6 e CT8).

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

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

Asistencia regular ás clases (10 %).

O prazo de entrega dos informes e traballos acabará unha semana antes da data do exame establecida no calendario oficial de exames. O traballo presentarase en papel ou de forma dixital e pode ser un documento de texto ou ben unha copia do material que vaise proxectar na defensa oral.

A presentación oral do traballo terá lugar na aula durante as derradeiras sesións ordinarias de clase.

A realización das actividades propostas é obrigatoria para superar a materia. Porén, os alumnos que non presenten o traballo, os exercicios, casos prácticos e informes, ou ben que non asistan á docencia presencial, serán avaliados mediante exame escrito nas datas oficiais de exame (dúas oportunidades).

Os alumnos con dispensa de asistencia a clase deberán realizar os mesmos traballos que o resto de alumnos para superar a materia.

Os criterios de avaliación serán os mesmos para todos os alumnos, novos e repetidores, con ou sen dispensa de asistencia a clase, tanto na oportunidade ordinaria como na extraordinaria.

Para os casos de realización fraudulenta de exercicios ou probas será de aplicación o recollido na “Normativa de avaliación do rendemento académico dous estudantes e de revisión de cualificacións”.

As horas dedicadas á materia axustaranse segundo o previsto polo 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
Titorías individuais: 4
Titorías en grupo: 3
Exames e revisións: 5

TRABALLO PERSOAL DO ALUMNO (90 h):
Lectura e preparación de temas de teoría: 36
Realización de exercicios e casos prácticos: 12
Prácticas (preparación previa e traballo posterior): 12
Traballo de curso e informe: 23
Exames (preparación): 7

TOTAL: 150 h

Asistencia ás clases expositivas, seminarios e prácticas.
Consultas ó profesor en horario de titoría individual.
Coñecer e utilizar a documentación que se pon á disposición do alumno no Campus Virtual.
Organización, ordenación e posta ó día da documentación.
Estudar con regularidade.