Los mapas, una ventana al conocimiento

Los mapas, una ventana al conocimiento

Interrelación entre mapas y datos

Cuando hablamos de la palabra mapa, nos viene a la cabeza la imagen de un dibujo donde se representan países y océanos. Para los más veteranos, los mapas pueden traernos recuerdos de los tiempos en los que teníamos en los coches aquellos planos plegados, con las carreteras de España. Incluso podemos evocar aquellos mapas antiguos, prácticamente obras de arte, donde se apiñaban los nombres de puertos y pueblos de mar sobre las líneas de la costa, mientras que en las aguas veíamos pintadas sirenas y monstruos marinos. Sin embargo, también debemos pensar en los mapas como uno de los medios más atractivos y útiles para proporcionar cualquier tipo de datos que posean una relación espacial entre ellos.

Figura 1: Atlas de Cresques, 1375. Fuente: elhistoriador.es

En su concepto más sencillo y tradicional, un mapa es una representación gráfica que muestra una entidad y objeto medible (ej. carretera, ciudad o incluso un continente) a una escala representable en un medio físico (un papel o la pantalla de un ordenador). Es cierto que bajo esta definición también caben conceptos e ideas que trasciendan los espacios físicos reales, y las distancias que muestran ciertas clases de mapas pueden no ser algo medible, sino que esas representaciones muestren cosas como ideas o procesos, como en el caso de los mapas conceptuales. Sin embargo, esas otras tipologías de mapas quedan más alejadas del concepto abordado en este artículo, donde nos centraremos en la definición más clásica, pero sin renunciar a las ventajas que nos proporciona la tecnología moderna (en este caso, los lenguajes de programación más recientes).

Datos mapa cartografía

En cartografía, los mapas se utilizan para representar entidades geográficas en diversas localizaciones considerando diferentes sistemas de representación. Estas entidades, además de su geometría, pueden incluir distancias, altitudes, y un largo etcétera de atributos que ayuden a mejorar su representación. Sin embargo, y con el tiempo, se han ido utilizando mapas para representar características o atributos de los elementos, de forma estática o dinámica a través de su relación espacial con una entidad geolocalizada. Como ejemplo, podríamos poner un mapa de las personas que viven en una determinada región (densidad de población), o de los votantes de un partido político, o de la renta per cápita de las ciudades representadas.

Los datos a los que nos referimos son en definitiva cualidades o valores que se relacionan espacialmente o no con los elementos representados en un mapa. Por lo tanto, se puede hablar de datos representados sobre un mapa, aunque la realidad es que es el conjunto el que sirve al propósito esperado: los datos tienen sentido no sólo en su valor numérico, tal y como tenemos en el caso de una lista simple de datos, sino también en su valor posicional, donde la posición relativa de esos datos sobre el mapa es lo que les da sentido y significado, no solo a ellos mismos, sino a todo el conjunto.

Uso práctico de datos en mapas

Uno de los campos tecnológicos donde se necesita trabajar con datos y sus relaciones entre ellos es la programación de software orientada a la visualización de datos. Siempre sin salirnos del concepto clásico de mapa, es de gran importancia la utilización de estas herramientas para que los usuarios del software (o las personas que visitan la web) puedan tener disponibles los datos que se exponen, de una forma clara, que sea accesible, y sobre todo que de un vistazo permita hacerse una idea del conjunto de datos que se están mostrando en este momento.

Existen algunas herramientas de diseño para implementar mapas interactivos tanto en programas de escritorio como en aplicaciones web. De entre ellas las más populares son, por una parte, las interfaces que hacen de puente con aplicaciones de escritorio existentes (por ejemplo, aplicaciones que usan módulos de ArcGIS), y por otro las librerías que sirven para manejar mapas embebidos en aplicaciones de lenguajes de programación populares, como la librería Leaflet.

Figura 2: Interfaz ArcGIS

La librería Leaflet fue lanzada en 2011 por el ucraniano Volodymyr Agafonkin. Esta librería está pensada para trabajar con JavaScript, y muestra su utilidad en aplicaciones web tanto para ordenadores como para dispositivos móviles, gracias a su reducido tamaño (42 KB) y a su buena implementación, que hace que desde ambos lados de la aplicación su uso sea realmente sencillo, tanto por parte del usuario que navega por el mapa, como por parte del programador que escribe el código que permite que el mapa haga lo que se necesite.

A mayores de lo anterior, y considerando la programación de interfaces interactivos, es importante contar con una librería que permita no solo trabajar con Leaflet, sino que además utilice componentes compatibles y que ayude a integrar todo el conjunto en una aplicación práctica y sencilla de programar. En este caso, la librería más popular y utilizada es React. Y trabajando con React, la mejor forma de utilizar Leaflet es a través de la librería integrada react-leaflet, que nos permitirá utilizar todas y cada una de las características de esta librería, utilizando la forma de trabajo del propio React.

Este modo de trabajo de React, por dar una breve pincelada, requiere interactuar con los objetos del código bien a través de funciones, o bien utilizando el concepto de clases, entendido de forma similar al empleado en lo que se denomina programación orientada a objetos. Y es de esta manera como se trabaja con Leaflet, destacando el uso de dos conceptos llamados la vista y las capas:

  • La vista es el propio sub-interfaz del mapa, y que a su vez contiene todos los usos y funcionalidades. Por ejemplo, podríamos tener botones para mostrar y ocultar capas de datos, hacer zooms y búsquedas en el mapa, etcétera.
  • Las capas son objetos que contienen el enlace a un conjunto de datos concretos, así como unas funciones y propiedades que pertenecen a la capa.

Una vista, por tanto, puede tener varias capas, que son las que contienen todos los datos que se muestran en el mapa. El mapa tiene una o más capas de datos, que muestran la información superpuesta a la capa base correspondiente.

Capas mapa
Figura 3: Capas de un mapa. Fuente: Bibhuti Bhusan Mandal. GIS based online tenement registry for Indian mineral resources. Indian Mining and Engineering Journal. 2009. Vol. 45 Nº 9: 29-30.

Para entender un poco este concepto, una imagen sencilla de algo que podría ser equivalente a esta idea es el uso de «transparencias» ( o «acetatos»), que se utilizaban antaño para mostrar diapositivas: imaginando una hoja opaca donde hay dibujado un mapa, sobre éste se pueden superponer esas láminas transparentes, donde van pintados nuestros datos, en forma de polígonos, marcas, iconos, flechas, etc. Incluso podemos superponer varias de esas láminas, y veríamos los datos unos sobre otros, pero todos sobre las líneas del mapa fijo. El mapa fijo sería lo que llamábamos antes «capa base», y los acetatos que hemos comentado serían las capas de datos.

Figura 4: hojas transparentes de acetato empleadas tradicionalmente para presentaciones, antes de la existencia del PowerPoint.

Desde CARTIF, trabajamos en la implementación de soluciones que utilizan estas tecnologías para la visualización de datos geolocalizados. Como ejemplo, habría que destacar los proyectos ReUseHeat y ePARCERO dónde se han desarrollado dos aplicaciones para la gestión de datos geolocalizados. En ReUseHeat, el visualizador estadístico, permite observar las fuentes de calor no aprovechado en hospitales, centros de tratamiento de residuos, centros de datos y transporte subterráneo de pasajeros. La capa base del mapa pertenece a OpenStreetMaps, y los datos sobre energía potencialmente aprovechable se han obtenido a partir de encuestas llevadas a cabo dentro del proyecto. Un detalle interesante del visualizador es ver cómo los objetos visualizados se agrupan en burbujas, que se desagregan al hacer zoom en las zonas concretas, lo que mejora la visualización del conjunto de datos. Y todo esto se logra gracias al uso de Leaflet.

Figura 5: Vista general del visualizador estadístico de ReUseHeat

En el caso del proyecto ePARCERO, cuyo prototipo de visualización está aún pendiente de publicación, el mapa solo es una parte de la herramienta, aunque es la más importante. El mapa, que se coordina con la tabla de datos en la parte inferior de la pantalla, así como con los filtros a la izquierda, muestra las parcelas seleccionadas como candidatas de interés para usuarios que busquen parcelas con ciertas características, y que actualmente no se encuentren en uso. El mapa permite alternar entre dos capas base, una la clásica de OpenStreetMaps, y la otra con la orto-foto del Instituto Geográfico Nacional. Como detalles añadidos, aparte de los pop-ups de los datos cuando se pulsa sobre uno de ellos, el mapa se auto posiciona al elegir una localidad y hace el auto-zoom correspondiente.

Datos mapa parcelas eParcero
Figura 6: Herramienta de selección de parcelas para el proyecto ePARCERO. Pueden apreciarse las siluetas de las parcelas (en azul) posicionadas sobre la orto-foto de base

Presente y futuro de los mapas interactivos

Como hemos visto en los dos casos anteriores, es apreciable la utilidad que este tipo de herramientas posee a la hora de mostrar información pro pantalla, yendo más allá de las visualizaciones tradicionales en las que los mapas de las páginas web eran únicamente una imagen pre-generada, o que se tenía que generar cada vez que se modificaban los datos. Ahora, los mapas generados mediante el uso de Leaflet cambian, se adaptan, y son una herramienta dinámica sobre la que observar diversos conjuntos de datos, y siempre al servicio se las necesidades de un usuario que recibe una información visual que maximiza su utilidad de esta manera. Y lo más importante, permite que el usuario no necesite tener conocimientos sobre mapas, solo ha de usar el ratón de su ordenador y la curiosidad que le lleve a descubrir los datos que se le ofrecen desde la interfaz.

Las perspectivas de futuro respecto de esta tecnología ofrecen nuevos niveles de detalle en los mapas y nuevos soportes para visualizar planos y mapas en tres dimensiones, más allá de las pantallas planas, permitiendo interacciones directas con el elemento representado tal y como se adivina en el uso poco a poco más extendido de dispositivos de realidad virtual. Pero por el momento la tecnología empleada de visualización cumple de sobra con las expectativas y demuestra su utilidad para el público en general. Desde la División de Energía, esperamos facilitar al máximo las labores de selección y chequeo de datos por parte de los usuarios, en interfaces cada vez más cómodos y sencillos de utilizar.


Agradecimientos a Susana Martín e Iván Ramos, de la División de Energía, por sus comentarios y anotaciones técnicas en el presente artículo.

SmartEnCity, protagonista del Palacio de Congresos de Europa

SmartEnCity, protagonista del Palacio de Congresos de Europa

Hemos hablado ya en numerosas ocasiones del impacto que suponen las ciudades en el consumo energético y en las emisiones generadas al medio ambiente. Y consecuentemente, también del importante papel que han de jugar en la obligada transición hacia la neutralidad climática, objetivo final del Pacto Verde europeo para nuestro continente (como indicaba mi compañero Rubén García en un post anterior, se pretende que Europa sea neutra en emisiones de carbono en 2050).

El camino hacia esa neutralidad se pavimenta con muchas intervenciones, más grandes o más pequeñas, y que abarcan un amplio espectro de áreas (movilidad, energía, rehabilitación de edificios, involucración ciudadana, digitalización…). Los proyectos de escala de distrito o de ciudad – Smart City – financiados por los diferentes programas de la Unión Europea (desde el 7º Programa Marco, pasando por Horizon 2020 y el actual Horizon Europe) trabajan todas esas dimensiones con la idea de generar demostraciones reales, y mostrar el camino (o posibles caminos) que otras ciudades pueden seguir. Evidentemente se necesitan expertos en diferentes campos para cubrir las diversas áreas competenciales que abarcan estos proyectos.

En CARTIF llevamos muchos años coordinando y trabajando en numerosos proyectos en esa línea, y participando además dentro de muchas de las áreas de trabajo de estos gigantes, que lo son tanto en variedad de actividades como en la amplitud de la escala temporal.

Recientemente ha terminado uno de estos proyectos «faro» en los que hemos trabajado durante años, SmartEnCity. 78 meses de trabajo compartido por 38 socios de seis países diferentes en un proyecto financiado por el Programa de Investigación e Innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea, y coordinado por Tecnalia, en el que se ha pretendido hacer realidad la visión de convertir nuestras ciudades europeas en inteligentes y con cero emisiones de carbono.

En el proyecto SmartEnCity han participado tres ciudades Faro: Vitoria-Gasteiz en España, Tartu en Estonia y Sonderborg en Dinamarca. En todas ellas se han desplegado diversas soluciones inteligentes e innovadoras en diferentes ámbitos con la idea de lograr la ansiada neutralidad.

Mesa debate de la Conferencia Final de SmartEnCity
Mesa debate de la Conferencia Final de SmartEnCity

Como broche final, los pasados días 14 y 15 de junio, el proyecto celebró su Conferencia Final en el Palacio de Congresos de Europa, de Vitoria-Gasteiz. Más de 120 participantes asistieron al evento durante los dos días en el que se presentaron los resultados del proyecto y los planes hacia un futuro libre de carbono a través de charlas magistrales, presentaciones, sesiones de debate y momentos de interacción por áreas temáticas.

Julia Vicente y Javier Antolin en la Conferencia Final de SmartEnCity
Julia Vicente y Javier Antolín en la Conferencia Final de SmartEnCity

Tuve el honor de participar y moderar una de las mesas de debate que se centró en uno de los aspectos en los que CARTIF lleva años trabajando y en el que tenemos amplia experiencia: la monitorización y evaluación. Un aspecto clave para cuantificar el impacto real que estos proyectos consiguen. En este caso tratamos de abordar estos aspectos, a menudo arduos, de un modo más cercano a la audiencia, compartiendo las experiencias de diferentes expertos y proyectos en torno a los aspectos más importantes a tener en cuenta a la hora de evaluar las actividades de los proyectos, los mayores problemas encontrados, las soluciones implementadas y como colofón, las principales lecciones aprendidas. Tuve la suerte de compartir debate con mi compañero Javier Antolín, que representó en la mesa el proyecto REMOURBAN, coordinado por CARTIF y que contaba con Valladolid como una de sus ciudades faro. Los proyectos MAtchUP, ATELIER, Replicate y Stradust también tuvieron presencia en la misma.

Uno de los aspectos comunes que todos pudimos constatar, es la enorme importancia que tienen los ciudadanos en la viabilidad y éxito de estos proyectos. Es algo que impacta de forma directa en los resultados de evaluación, y en el proceso en sí mismo. La transición hacia unas ciudades que no generen impacto negativo en emisiones y que sean sostenibles en el amplio significado de la palabra, solo puede conseguirse si nosotros, sus ciudadanos, nos involucramos en el proceso de transformación. Si no suponemos barreras sino vectores de cambio. Si pasamos de ser espectadores a protagonistas.

Desde CARTIF seguimos y seguiremos trabajando en proyectos del ámbito de las Smart Cities con la idea de caminar hacia ese horizonte de ciudades sostenibles. ¿Nos acompañas en el camino?

La pobreza energética se abre paso en Europa entre las olas de calor y los precios de la energía

La pobreza energética se abre paso en Europa entre las olas de calor y los precios de la energía

El pasado junio la Comisión Europea (desde el Centro de Asesoramiento sobre Pobreza Energética – Energy Poverty Advisory Hub: EPAH) publicó una guía para entender y abordar la pobreza energética, que se ha convertido en una realidad en Europa, y particularmente en España. Aunque no hay un acuerdo para una definición común de la pobreza energética, sí está comúnmente aceptado que hay pobreza energética cuando las personas no pueden mantener una temperatura adecuada en sus viviendas (ya sea calentando, enfriando o mediante la aplicación de otras soluciones energéticas a un coste asequible). La extensión y gravedad del problema se ha visto agravada en los últimos meses por el cambio climático, cuyas consecuencias en forma de olas de calor o sequías extremas son ya perceptibles a lo largo de todo el continente europeo; y por la crisis energética en Europa como consecuencia de la invasión de Ucrania.

El compromiso de la Comisión Europea (CE) para abordar los desafíos relacionados con el clima y medio ambiente, se ratificó con el Pacto Verde Europeo. Este establecía como una de las principales prioridades que la UE debe transformarse en una sociedad justa y prospera, donde no haya emisiones netas de GEI en 2050 y donde el crecimiento económico esté desvinculado del uso de los recursos. Además, se reafirma que esta transición debe ser justa e inclusiva, por lo que aliviar la pobreza energética es una condición previa clave en este contexto.

¿Cuáles son las causas de la pobreza energética?

Causas comunes pobreza energética
Causas más comunes de la pobreza energética. Fuente: EPAH, Introducción a la pobreza energética (2022)

La pobreza energética es un reto complejo y vinculado a varios factores, por lo que no hay una sola razón que podamos señalar como causa única, además de que su naturaleza varía mucho de un contexto local a otro y que ocurre a nivel doméstico, lo que dificulta bastante su identificación y cuantificación. La pobreza energética tiene consecuencias también para la salud y el bienestar de las personas, pues las temperaturas interiores extremas están relacionadas con enfermedades respiratorias y cardiovasculares, golpes de calor o exceso de muertes. En menores, puede tener también consecuencias relacionadas con un bajo rendimiento escolar, así como con el desarrollo de problemas de salud respiratorios a edad temprana, y un menos bienestar social y emocional.

En general, las causas más comunes que derivan en pobreza energética son tres: unos niveles de ingresos bajos, una falta de eficiencia energética en las viviendas, así como el bajo rendimiento energético de los edificios y sus sistemas, y los altos precios de la energía.

Relacionado con estas tres causas, cabe destacar también la gran influencia del cambio climático, haciendo que la pobreza energética suponga un problema para los colectivos más vulnerables no solo en invierno, sino también en verano, como consecuencia de las altas temperaturas registradas recientemente debidas a las olas de calor.

Y es que estas recientes olas de calor han batido récords de temperatura en todo el mundo este verano, y sus impactos y consecuencias para la sociedad y el medioambiente están siendo dramáticos en forma de incendios forestales y cultivos arrasados, infraestructuras clave afectadas (ej. cortes de suministro eléctrico, deformando carreteras y pistas, etc.), y causando graves problemas de salud en miles de personas (además del aumento de mortalidad).

En las ciudades el problema es aún mayor, pues se ve acrecentado por el llamado efecto isla de calor, fenómeno originado por cambios en la reflectividad (o absorción) de la energía solar en la superficie terrestre, con la consecuencia de que se eleva la temperatura en áreas urbanas. Esto es debido a que los edificios, pavimentos y techos tienden a reflejar menos luz solar que las superficies naturales, absorbiendo, reteniendo y volviendo a emitir el calor del sol.

Si seguimos analizando las causas de la pobreza energética anteriormente identificadas , bien es sabido que en España hay un importante número de edificios con un bajo rendimiento energético. Ya sea por su baja eficiencia energética en términos pasivos (la envolvente térmica no está aislada adecuadamente y eso supone importantes pérdidas en invierno y ganancias térmicas en verano) o por el bajo rendimiento de los sistemas de generación de calefacción y refrigeración. Y es que, en conjunto, los edificios son responsables del 40% del consumo energético de la UE, y del 36% de las emisiones de gases de efecto invernadero, por lo que es necesario poner un foco especialmente importante en la rehabilitación energética de lo ya construido.

Un importante avance en este sentido viene de la mano de la recién aprobada Ley de la Calidad de la Arquitectura, que tiene como objetivo garantizar la calidad de la arquitectura como bien de interés general, y dando respuesta a cuestiones sociales, medioambientales y de revalorización del patrimonio arquitectónico.

Con respecto a los precios de la energía como causa de la pobreza energética, la invasión rusa de Ucrania ha provocado un aumento de los precios de la energía no solo en España sino en toda Europa, en concreto de los combustibles fósiles. Como señala el reciente Informe de las Naciones Unidas sobre el Impacto global de la guerra en Ucrania: Crisis energética, este aumento de los precios de la energía está acelerando la crisis del costo de vida, y manteniendo el circulo vicioso de presupuestos familiares restringidos, inseguridad alimentaria, pobreza energética y creciente malestar social. La crisis está impactando profundamente a las poblaciones vulnerables en los países en desarrollo. Si bien durante los dos años de pandemia el mercado energético experimentó una gran volatilidad en los precios (por reducción de la demanda), la guerra en Ucrania ha afectado al suministro de combustibles fósiles y al mercado en general, en el que Rusia es el principal exportador de gas natural y el segundo exportador de petróleo.

¿Que pueden hacer los líderes mundiales ante esta situación tan cambiante?

Todo esto lleva a los líderes mundiales a replantearse sus políticas y planes energéticos. Pues mientras en el corto plazo, los países deben buscar primero cómo gestionar la demanda de la energía (nuevas tecnologías, cambios de comportamiento en el consumo de la energía, soporte de los sistemas pasivos, etc.), las medidas a medio y largo plazo pasan por alinearse con los Objetivos de Desarrollo Sostenible, así como con el Acuerdo de París, enfatizando el uso de fuentes de energía renovables y la necesidad de la resiliencia climática/energética. En Europa especialmente, esto puede ser también una oportunidad para dirigir los esfuerzos hacia el objetivo de convertirse en el primer continente climáticamente neutro del mundo en 2050.

¿Qué hacemos desde CARTIF?

Dese el área de Políticas de Energía y Clima de CARTIF trabajamos para ayudar a las diferentes administraciones públicas en el desarrollo de planes y estrategias de adaptación y mitigación frente al cambio climático, como los planes enmarcados en el Pacto de los Alcaldes donde, además de tomar medidas para mitigar el cambio climático y adaptarse a sus efectos inevitables, los firmantes se comprometen a proporcionar acceso a energía segura, sostenible y asequible para todos, ayudando así a aliviar la pobreza energética.

En la actualidad CARTIF, junto con GEOCYL Consultoría S.L., está desarrollando el Plan de Acción por el Clima y Energía Sostenible de Logroño y entre los proyectos de investigación cabe destacar el proyecto NEVERMORE, donde trabajamos en el desarrollo de metodologías y herramientas para la evaluación de medidas de adaptación y mitigación a varias escalas, que les sirvan de referencias a los políticos a la hora de definir sus estrategias climáticas y energéticas.

La computación cuántica no es ciencia ficción

La computación cuántica no es ciencia ficción

Para muchos amantes de la ciencia ficción, los ordenadores cuánticos son esos cacharros que pueden hacer de todo y que van instalados como ordenadores de a bordo en naves espaciales o aparecen como ordenadores portables de tamaño reducido y estética sofisticada. Para muchos de aquellos que no son fans del género, los ordenadores cuánticos no les suenan ni de eso. En cualquier caso, lo común a ambos grupos es que en su mayoría no piensan que estos ordenadores sean reales.

La realidad es que los ordenadores cuántico existen y ya están en uso. Cierto es que estos ordenadores están lejos de ser las máquinas omnipotentes que la ciencia ficción retrata, y mucho menos son dispositivos pequeños y portables que podamos usar en nuestro día a día.

ordenador computación cuántica
Fuente: https://learngerman.dw.com/es/ibm-crea-el-ordenador-cu%C3%A1ntico-superconductor-m%C3%A1s-potente-de-la-historia/a-59837328

Los ordenadores cuánticos actuales son congeladores del tamaño de un hombre adulto que cuelgan del techo de laboratorios, con una vistosa apariencia: plataformas horizontales con un montón de cables de color dorado. El motivo de su curioso diseño es la inestabilidad de estos ordenadores. Dada su naturaleza cuántica, estos ordenadores se ven afectados por todo tipo de perturbaciones, desde pequeños movimientos sísmicos hasta ondas electromagnéticas como ondas de radio o de teléfonos. Además, estos ordenadores funcionen bien únicamente cuando trabajan a prácticamente cero Kelvin, con tan solo la energía necesaria para que un único electrón sea capaz de moverse por chip cuántico.

Las características de estos ordenadores, junto a su inmensa inversión a la hora de construirlos, hacen bastante difícil que en la actualidad dispongamos de nuestro propio Personal Quantum Computer como disponemos de los ordenadores PC en la actualidad. Pero lejos de desmotivar, incluso con estas desventajas, los ordenadores cuánticos ya están en uso gracias a plataformas de acceso remoto. Existen incluso kits de desarrollo software1 con repositorios de algoritmos (entre ellos, algoritmos de machine learning y solvers de problemas de optimización), herramientas de desarrollo de circuitos/algoritmos cuánticos, simuladores cuánticos y acceso a ordenadores cuánticos de distintas características. Además, la bibliografía y los tutoriales para el uso de estas herramientas son cada vez más prolíferas.

El aumento del uso de la computación cuántica se debe al aumento de la financiación pública y privada en sectores como las telecomunicaciones, la movilidad, la banca, la criptografía o la ciencia de la vida2. Desde la comisión europea, se espera una inversión de un billón de euros dedicados a proyectos de investigación en este campo para los años 2018-2028. Hasta mediados de 2021, ya se han apoyado más de 20 proyectos con una financiación de 132 millones3.

En particular, en España, el Consejo de Ministros aprobó una subvención de 22 millones de euros para impulsar el campo de la computación cuántica en 2021 con el proyecto Quantum Spain, proyecto con una inversión estimada de 60 millones a tres años. Además, llega a Barcelona el primer ordenador cuántico en nuestro país.

Aunque el ordenador debería haber sido al revés, después de todas estas cifras de inversión en el desarrollo de esta tecnología, nos preguntamos a qué se debe todo este interés en la computación cuántica. La respuesta es que estos ordenadores permiten la resolución de problemas imposibles de resolver para los ordenadores tradicionales. Además, debido a su diferente funcionamiento, son capaces de realizar operaciones de una manera mucho más rápida y eficiente.

¿Sabías que toda la criptografía actual se basa en la incapacidad de los ordenadores actuales en resolver algunos problemas matemáticos? En cambio, un ordenador cuántico completamente desarrollado no tendrá ese problema. Podría, por ejemplo, descifrar tu número de cuenta bancaria y acceder a tus ahorros. O también entrar en el pentágono y descifrar todo tipo de documentos secretos. Pero tranquilo, por suerte o por desgracia, los ordenadores cuánticos aún están lejos de este nivel de desarrollo.

Otro ejemplo de su utilidad sería el control de los switches de una red eléctrica, cuando quieres determinar la configuración que te proporcione mínimas pérdidas junto a un suministro garantizado de todas las cargas en la red.

En general, los ordenadores cuánticos son muy útiles en cualquier problema de control y logística con variables binarias y de gran tamaño.

Queda claro que lejos de tratarse de ciencia ficción, la computación cuántica es una realidad que cada vez se hace más patente en el ámbito académico y profesional. Lejos aún de ser los ordenadores de a bordo de una nave espacial o el núcleo de procesamiento de un ordenadores portátil o similar, su presencia ha aumentado tremendamente en los últimos años, y se espera que aumente aún más en los próximos diez años. Es importante, por tanto, que los investigadores y científicos nos vayamos familiarizando con estas nuevas tecnologías lo antes posible.


1 https://qiskit.org/

2 https://www.capgemini.com/insights/research-library/quantum-technologies/

3 https://digital-strategy.ec.europa.eu/en

¿Por qué Asia Central se ha convertido en un punto de interés para Europa?

¿Por qué Asia Central se ha convertido en un punto de interés para Europa?

En el año 2020, la Comisión Europea lanzó una propuesta de proyecto de investigación o («topic») con 10 millones de euros de presupuesto que perseguía el desarrollo de nuevas turbinas de generación Mini-hidráulica en Asia Central.

¿Qué tiene de interés esta zona remota del mundo para que la Comisión Europea financie allí un proyecto? Asia Central es un pivote geográfico de Eurasia y engloba las cinco repúblicas ex-soviéticas de Kazajistán, Kirguistán, Tayikistán, Turkmenistán y Uzbekistán. Se trata de una de las zonas habitadas de mayor antigüedad y como tal, ha sido testigo de ricas culturas y tradiciones como la antigua ruta de la seda. Sin salida al mar, es una zona de grandes recursos energéticos y minerales. En concreto, según un informe de 2019 de la Organización de Desarrollo Industrial de las Naciones Unidas, Asia Central tiene el segundo mayor potencial de generación Mini-hidráulica del mundo con 34.4 GW, y sólo es superada por Asia Oriental (China, Japón, las dos Coreas y Mongolia) con 75.4 GW. Sin embargo, a día de hoy, menos de un 1% de este potencial ha sido aprovechado, lo que supone que Asia Central es la región del mundo donde menos se ha desarrollado la generación Mini-hidráulica. Por tanto, parece evidente que detrás de este «topic», está el interés de la Comisión en abrir nuevos mercados para la industria europea de generación Mini-hidráulica.

¿Cuáles son las principales problemáticas que están impidiendo el desarrollo del sector en Centro Asia? Nos encontramos un variado abanico de barreras políticas, económicas, sociales, tecnológicas, legales y ambientales. Hay problemas comunes como la falta de información, la falta de financiación del sector privado, o la ausencia de incentivos legales. Algunos países de Asia Central tienen que lidiar con condiciones climáticas extremas, como por ejemplo, regiones de gran altitud donde es más probable que los arroyos se congelen en invierno. Además, es crucial considerar el concepto de nexo transfronterizo de Agua/Alimentos/Energía/Clima con visión de futuro para evitar desastres ecológicos como el del mar de Aral, que continúa su desecación a causa de la explotación insostenible de algodón.

El proyecto Hydro4U fue el ganador de esta convocatoria de la Comisión Europea y comenzó su andadura en junio de 2021 con una duración prevista de 5 años. Liderado por la Universidad de Múnich, el resto del consorcio lo completan fabricantes europeos de turbinas como Global Hydro Energy, entidades de Centro Asia como el International Water Management Institute o centros tecnológicos como CARTIF, que está liderando las actividades de replicación. En el marco del proyecto se están desarrollando dos nuevas plantas de generación Mini-hidráulica con diseños adaptados a las condiciones de la región, y que reducirán radicalmente los costes de planificación, construcción y mantenimiento, sin comprometer la eficiencia de la generación de electricidad. Las plantas se instalarán en dos enclaves ya seleccionados de Uzbekistán y Kirguistán.

En cuanto a CARTIF, un punto clave del trabajo que estamos llevando a cabo es el desarrollo de una herramienta de replicación orientada a futuros inversores o autoridades públicas con el objetivo de apoyar la toma de decisiones sobre nuevos proyectos de generación Mini-hidráulica. La herramienta se basa en un modelo computacional que integra un sistema de información geográfica (SIG) y datos estadísticos. La herramienta se va a implementar a nivel de cuenca vertiente, pudiendo ser aplicada en los dos principales ríos de la región: Syr-Daria y Amu-Darya. Está previsto que la herramienta integre varios módulos interactivos, con el objetivo de (1) visualizar el potencial sostenible de la generación Mini-hidráulica y la capacidad instalada, (2) simular escenarios de generación considerando las limitaciones del Nexo Agua-Alimentos-Energía-Clima, la sostenibilidad de los recursos e impactos socioeconómicos y (3) proporcionar recomendaciones técnicas y lecciones aprendidas relacionadas con la implementación de nuevos proyectos de este tipo.

La herramienta de replicación de CARTIF verá la luz a finales de 2025, y en este momento estamos trabajando en la definición del potencial sostenible de generación Mini-hidráulica, así como en el modelo Nexus de Agua-Alimentos-Energía-Clima a nivel de cuenca que nos permitirán simular escenarios futuros de generación que sean sostenibles con los recursos naturales.


Mantente informado de los avances del proyecto en la sección de noticias de la web de Hydro4U, así como sus redes sociales: Twitter y Linkedin.

Del Apolo 13 a los gemelos digitales de los edificios

Del Apolo 13 a los gemelos digitales de los edificios

«Houston, tenemos un problema»

Esta frase que ya forma parte de la historia, y que a la mayoría nos suena familiar aunque pertenezcamos a otra generación, se utilizó por los astronautas a bordo de la nave espacial Apolo13 después de que explosionara un tanque de oxígeno en la misma, dos días después de que comenzará su misión espacial de aterrizar en la luna, cuyo lanzamiento había tenido lugar el 11 de abril de 1970. Durante días, este acontecimiento fue mundialmente seguido por millones de personas para saber la suerte que les depararía a los 3 astronautas a bordo de la nave. Mientras tanto, desde la NASA se dedicaron a generar a contrarreloj una réplica digital mediante simuladores controlados por ordenador que replicarían las condiciones que se estaban produciendo en el espacio. Este modelo, que era fiel a la realidad, les permitía predecir el comportamiento que tendría la nave en el espacio para encontrar la solución más adecuada para poder traer de vuelta a la tripulación. Se podría decir que esta fue la primera aproximación hacia el concepto de gemelo digital.

Existen muchas definiciones diferentes del concepto de gemelo digital, o Digital Twin en su nombre en inglés, una de las primeras fue dada por Michael Grieves, experto en la gestión del ciclo de vida de los productos, cuya definición estaba centrada en la comparación virtual entre lo que se había producido con el diseño previo del producto, con el objetivo de mejorar los procesos de producción1. El campo de aplicación de los gemelos digitales es muy amplio, así como sus definiciones posibles, pero en términos generales podemos considerar que un gemelo digital es la representación digital de un activo físico, o de un proceso o sistema, del mundo físico real.

Los gemelos digitales se basan en la fidelidad de los mismos con la realidad, con el mundo físico, que nos permitan realizar predicciones futuras y optimizaciones en los mismos, donde se pretende que ambos ecosistemas, el del mundo físico y el ecosistema del gemelo digital (con la representación del mundo virtual), co-evolucionen entre sí, es decir, que se vean afectados el uno al otro y de un modo sincronizado. Esto es posible debido a que ambos modelos están conectados automáticamente de un modo bi-direccional. Cuando se produce solo la conexión automática de un modo uni-direccional, y que iría del modelo real existente en el mundo físico al modelo digital del mundo virtual, no podemos llamarlo como tal un gemelo digital, para estos casos recibiría el nombre de sombra digital. Un modelo digital por sí solo no podría considerarse un gemelo digital si no existe conexión automática entre el mundo físico y el virtual. El uso de Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) junto con las técnicas de Inteligencia Artificial, entre ellas el aprendizaje automático o Machine Learning, permiten al gemelo digital aprender, predecir y simular comportamientos futuros para mejorar su operación.

Y todo esto del gemelo digital, ¿para qué?

El uso de los gemelos digitales se puede utilizar en numerosos campos, por ejemplo en las líneas de fabricación industrial, para mejorar los procesos de producción, o aspectos como su sostenibilidad energética y ambiental, campos en los que proyectos como ECOFACT están trabajando actualmente. Otro uso de los gemelos digitales se podría dar en las ciudades inteligentes o Smart Cities, gracias a lo cual se podría mejorar la gestión vial, la recogida de residuos, etc. A nivel edificio puede ser útil su aplicación tanto a nivel terciario (aquellos edificios dedicados al sector servicios) como puede ser un aeropuerto (donde se podría utilizar para predecir y gestionar más adecuadamente el edificio basándose en patrones de uso, asociados al tráfico aéreo programado) así como un edificio comercial o industrial, centrándonos en este caso en el edificio en sí, y no tanto en la línea de producción comentada anteriormente. A nivel residencial, el uso de gemelos digitales del edificio nos podrían ser también de gran utilidad, ya que podríamos predecir el comportamiento térmico del mismo, asociado a patrones de uso, para mejorar el acondicionamiento térmico del ambiente interior y minimizar el consumo de energía.

Desde CARTIF llevamos ya tiempo trabajando en la creación de modelos digitales de edificios basados en BIM (Building Information Modelling), con diferentes propósitos, como puede ser la mejora de la toma de decisiones a la hora de realizar proyectos de renovación profunda de edificios, con la finalidad de obtener la renovación más adecuada y conseguir una reducción de tiempo y coste en los mismos, con proyectos como OptEEmAL o BIM-SPEED. Estos modelos BIM, funcionarían como un facilitador para la integración de los sistemas estáticos (mundo físico) y dinámicos (mundo lógico proveniente de datos de redes IoT-Internet of Things) de un edificio, además de proporcionar el control en todas las fases del ciclo de vida de un edificio, desde su diseño, construcción, comisionado de sistemas, la fase de operación y mantenimiento, así como la posible demolición.

vinculación del mundo físico y digital a través de gemelo digital
Concepto de vinculación del mundo físico y digital a través de gemelos digitales basados en modelos BIM.

El reto que tenemos por delante en los próximos años, centrado en conseguir ciudades climáticamente neutras, que sean más sostenibles, funcionales y también inclusivas, hace que el uso de los gemelos digitales pueda ser de gran ayuda y vayan a ser cada día más utilizados y aplicados en estos ámbitos.


1https://theengineer.markallengroup.com/production/content/uploads/2014/12/Digital_Twin_White_Paper_Dr_Grieves.pdf