Cómo las minas marinas amenazan el comercio mundial y cómo las detectan las armadas

Los funcionarios de inteligencia estadounidenses han estimado que las fuerzas iraníes han desplegado una pequeña cantidad de minas en el Estrecho de Ormuz, un punto crítico para el transporte marítimo mundial, según los informes. La medida proporciona a los iraníes un medio, junto con misiles y drones, para amenazar a los barcos.

La Armada estadounidense desmanteló recientemente los dragaminas que tenía en la región del Golfo Pérsico. Sin embargo, cuenta con otros barcos y aviones para encontrar y destruir minas.

Como científico informático que investiga cómo detectar minas, investigo cómo las técnicas de inteligencia artificial, como el aprendizaje automático, pueden ayudar a la Marina a detectar minas marinas modernas. Esto es lo que aprendí sobre cómo funcionan las minas y cómo pueden neutralizarse.

tipos de minas

Las minas que la mayoría de la gente imagina, como las que se ven en películas como Godzilla Minus One, son esferas flotantes adheridas al fondo del mar, con pequeñas protuberancias llamadas cuernos de Hertz que activan la mina cuando entra en contacto con un barco. Se llaman minas atadas.

En la película, los personajes utilizan un pequeño barco de madera para limpiar las minas sin desactivarlas porque las minas reaccionaban al campo magnético del barco de casco metálico. La detección de campos magnéticos es característica de las minas de impacto, que responden a la presión magnética, acústica o del barco, a diferencia de las minas de contacto simples que detonan cuando los barcos las encuentran.

Las minas modernas suelen combinar varios métodos de detección. Algunos están diseñados para detonar sólo después de que haya pasado un cierto número de barcos, lo que les permite ignorar barcos más pequeños o intentos de barrido de minas y apuntar a barcos de mayor valor. Los ejemplos incluyen el Maham 3 de Irán, que utiliza sensores magnéticos y acústicos.

No todas las minas flotan. Muchas minas modernas, en cambio, se encuentran en el fondo del mar. Estas minas son más efectivas en aguas poco profundas, donde los barcos pasan más cerca del fondo del mar. Algunas minas inferiores están expuestas en el fondo del mar, mientras que otras están total o parcialmente enterradas por sedimentos. Los ejemplos incluyen el Maham 7 de Irán y la mina Manta, una mina de bajo perfil utilizada por Irak durante la Guerra del Golfo de 1991. Estas minas pueden colocarse mediante embarcaciones pequeñas o desde aviones, lo que las hace relativamente fáciles de colocar. Se mueven cuando sienten que un barco pasa por encima de ellos.

Este es un ejemplo de una mina marina ‘Manta’. Comando Central de las Fuerzas Navales de EE. UU./Quinta Flota de EE. UU. en Flickr, CC BI

Muchas minas modernas tienen forma cilíndrica o de torpedo, lo que permite desplegarlas desde aviones o submarinos y bajarlas de forma controlada antes de asentarse en el fondo del mar. Los diseños más avanzados incluyen las llamadas minas ascendentes, que se encuentran en el fondo del mar y se lanzan hacia el objetivo cuando se detectan.

Contramedidas contra las minas

La principal ventaja de las minas marinas no es sólo el daño que pueden causar, sino también el tiempo y los recursos necesarios para encontrarlas y eliminarlas. Esto se debe a que es difícil hacerlo de forma rápida y fiable en áreas grandes.

Incluso la posibilidad de que haya minas puede perturbar el transporte y dar lugar a operaciones de remoción extensas y costosas. Esto ha quedado demostrado en la práctica: durante la década de 1980, Irán e Irak desplegaron un número relativamente pequeño de minas entre sí en la llamada Guerra de los Tanques en el Golfo Pérsico y el Mar Rojo. Esto provocó importantes perturbaciones en el transporte y obligó a operaciones de despacho de aduanas costosas y prolongadas, incluso cuando los daños directos fueron limitados.

Algunas contramedidas utilizan sistemas no tripulados para activar minas imitando las firmas magnéticas o acústicas de los barcos, o para desactivarlas con cargas explosivas. Sin embargo, enfoques más específicos requieren la identificación de minas individuales, lo que motiva la necesidad de una detección confiable.

caza de minas

La detección de minas se entiende mejor como una búsqueda de sonar de área amplia, que produce muchos contactos; básicamente, cualquier cosa inusual en los datos del sonar. Luego, los algoritmos automáticos de reconocimiento de objetivos clasifican estos contactos y los clasifican como objetos parecidos a minas o benignos. Los buzos o los sistemas de cámaras proporcionan entonces un mayor grado de identificación o confirmación de confianza para validar los resultados. Esto se conoce como canalización de descubrimiento-clasificación-identificación.

Para recopilar datos, un vehículo de superficie no tripulado (desplegado desde un barco más grande) puede remolcar una plataforma de sonar a una altura fija sobre el fondo del mar. La plataforma, llamada towfish, se asemeja a un pequeño cohete y lleva múltiples sensores, incluido un sonar de escaneo lateral en los lados de babor y estribor. La Marina Real británica también se está preparando para enviar este tipo de sonar remolcado a la región del Golfo Pérsico, según el informe.

La Marina de los EE.UU. utiliza este buque de superficie no tripulado, que remolca un sonar submarino, para buscar minas. Marina de los EE. UU.

El sonar remolcado de la Marina de los EE. UU. incluye un sonar de visión frontal para detectar minas amarradas (región amarilla) y un sonar de visión lateral para buscar minas ubicadas en el fondo del mar (región blanca). Marina de los EE. UU.

Estos dispositivos de sonar utilizan sonido en lugar de luz para formar imágenes. A diferencia de una fotografía, una imagen de sonar se construye a partir de mediciones unidimensionales de la energía sonora devuelta en función de la distancia al sensor. A medida que la plataforma se mueve, estas piezas se ensamblan para formar una imagen continua del fondo marino. El centro de la imagen corresponde a la columna de agua directamente debajo del sonar y aparece oscura. El fondo marino parece estar iluminado por el sensor, con objetos caracterizados por una luz brillante que apunta hacia el sonar y una sombra que se extiende alejándose de él.

En la fase de detección, los investigadores han desarrollado una serie de técnicas para detectar objetos similares a minas en imágenes de sonar. Los primeros métodos segmentaban las imágenes del sonar en regiones que se mostraban como puntos brillantes combinados con sombras acústicas. Otros enfoques estadísticos modelan el fondo marino e identifican anomalías que se desvían de él. Los filtros coincidentes similares a patrones se utilizan para identificar objetos con características geométricas conocidas.

Los enfoques más avanzados incluyen el aprendizaje automático, que utiliza características cuidadosamente seleccionadas derivadas de la textura, la intensidad y la geometría de las sombras para clasificar objetos.

Recientemente, los investigadores han aplicado métodos de aprendizaje profundo directamente a imágenes de sonar y, a menudo, han demostrado un rendimiento mejorado, especialmente en entornos complejos. Pero su eficacia depende de la disponibilidad de datos de entrenamiento representativos.

A diferencia de los datos de entrenamiento para muchos otros sistemas de visión por computadora, los datos del sonar de barrido lateral de alta resolución son particularmente costosos de recopilar y etiquetar en cantidades suficientemente grandes para entrenar con éxito sistemas de detección de minas de aprendizaje profundo.

Quizás, cuando sea seguro hacerlo, las armadas puedan limpiar las minas del Estrecho de Ormuz y agregar una cantidad limitada de estos datos.