Construye los Google Maps del océano | Cafés y teoremas | Ciencia

Dos acontecimientos de actualidad recientes muestran la relevancia de elegir buenas rutas para la navegación marítima. Por tanto, la crisis del Mar Rojo está obligando a muchas navieras a tomar la ruta africana hasta la ubicación del Canal de Suez, ¿es posible optar por una nueva ruta que consuma menos combustible o tenga recortes mínimos? Además, la reciente pérdida de contenedores llenos de bolitas cargador de plastico Toconao cerca de la costa de Galicia, provocada por quemaduras solares, tiene un impacto ambiental considerable. ¿Se pueden diseñar rutas para hacer más segura la navegación en condiciones meteorológicas desfavorables, para evitar accidentes de este tipo? Las llamadas técnicas de optimización matemática pueden ayudarle a responder estas preguntas.

Estas herramientas, gracias a las cuales un estudio inició grandes matemáticos como Euler, Lagrange y los hermanos Bernouilli, permitieron describir teóricamente la ruta que se debe seguir para ir de un punto a otro de la forma más rápidamente, más rápidamente o con mayor seguridad. , como sucede. para optimizar. El camino más corto no siempre es el camino idílico. Por ejemplo, si desea viajar por el camino más rápido en la carretera, es mejor para un automovilista, incluso si la distancia es grande.

A la hora de navegar es importante tener en cuenta los puertos deportivos, zonas con diferentes oleaginosas y vientos, que cambian constantemente. El primero en formular y analizar teóricamente este problema fue el del profesor alemán Ernst Zermelo (1871-1953). Es posible encontrar, para un embarque que se realiza a velocidad constante, la trayectoria más rápida entre dos puntos fijos, considerando que el viento o las trayectorias pueden variar en el espacio y el tiempo.

Para que su solución sea prácticamente útil en la navegación real, es necesario disponer de previsiones fiables de las condiciones de navegación. Los principales centros de previsión americanos (NOAA) y europeos (Copernicus) han detallado previsiones a 10 días con una resolución espacial inferior a 10 kilómetros. Utilizando modelos meteorológicos modernos, en las últimas décadas hemos avanzado hasta ser espectaculares: el pronóstico de cinco días que aparece en las noticias es más fiable que el pronóstico de un día de 1980. Esto se debe, principalmente, a la mayor densidad de observaciones del estado de la atmósfera en el momento actual. Pero también son fundamentales otras disciplinas matemáticas, como la estadística –en términos concretos, los llamados filtros de Kalman para la asimilación de datos de observación–, las ecuaciones diferenciales parciales –para modelar la dinámica atmosférica– y los métodos numéricos –para calcular la evolución de diferentes modelos–. –. Estas disciplinas han desarrollado recientemente una inteligencia artificial que promete mejorar aún más los resultados, como demuestran los investigadores de Google DeepMind.

Además, es posible obtener una descripción más detallada del movimiento de la embarcación -lo que permite obtener mejores soluciones- para modelar el movimiento y consumo durante todo el tiempo concreto de embarque, dependiendo de las condiciones de navegación, rutas, altura del agua. . , ángulo de incidencia, dirección e intensidad del viento, etc. Para ello, tienes conocimientos de ingeniería naval y ciencias de datos.

Con esta información, desarrolló hardware y algoritmos de optimización natural muy diferentes: llamadas a métodos variables, optimización de gráficos y algoritmos evolutivos. Todas estas personas están acostumbradas hoy a encontrar rutas marítimas favorables.

Además, cualquier previsión presenta una sombra incierta que también debe ser cuantitativa y debe tenerse en cuenta a la hora de optimizar las rutas de navegación. Por lo tanto, se pueden desarrollar nuevos algoritmos de optimización (dinámicos y estáticos) que logren resultados sólidos bajo cualquier escenario posible de evolución atmosférica. Esto es de particular importancia en un escenario de calor global en el que la atmósfera no tiene precio y los eventos extremos son cada vez más frecuentes.

Recientemente, todas estas técnicas matemáticas mencionadas anteriormente se han integrado para optimizar las rutas marítimas en tiempo real, en base a previsiones meteorológicas y oceanográficas, con modelos de consumo adaptados a cada buque. Esta herramienta, que pretende ser un Google Maps del océano, está desarrollada por un equipo multidisciplinar, con la presencia de importantes investigadores españoles. Con ello se puede obtener un horror del 5 al 10% de combustible en cada viaje, mejorando la seguridad de la navegación evitando zonas con condiciones desfavorables y reduciendo las emisiones de CO2. Todo esto es de importancia crítica, pero hoy en día más del 80% del comercio se transporta por mar, lo que representa alrededor del 3% de las emisiones globales de dióxido de carbono. El coste anual del gas combustible se eleva a 250.000 millones de euros y soporta más del 60% de los costes operativos del transporte marítimo.

David Gómez Ullate Es Catedrático de Matemática Aplicada en IE University y Director del Proyecto Navegación Verde.

David Martín De Diego Es investigador científico del CSIC en el Instituto de Ciencias Matemáticas.

Café y teoremas Se trata de una sección dedicada a las matemáticas y la formación que se crea, coordinada por el Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT), y en la que investigadores y miembros del centro describen los últimos avances en esta disciplina, compartiendo los puntos de encuentro entre las matemáticas y otros aspectos sociales. y expresiones culturales y recepción quienes marcaron su desarrollo y supieron transformar el café en teoremas. El nombre evoca la definición del matemático húngaro Alfred Rényi: “Un matemático es una máquina que transforma el café en teoremas”.

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