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Desarrollan tecnología para medir la contaminación lumínica

Por Verenise Sánchez

México, DF. 15 de febrero de 2015 (Agencia Informativa Conacyt).- Héctor Antonio Solano Lamphar, profesor investigador del Programa Interdisciplinario de Estudios Metropolitanos (Centromet), perteneciente al Instituto de Investigaciones Dr. José María Luis Mora, del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), desarrolló dos dispositivos para medir los tipos de contaminación lumínica que existen.

En entrevista, el especialista destacó que al ser la contaminación lumínica un concepto relativamente nuevo y poco estudiado a nivel mundial, se cuenta con pocos equipos para medirla y los que hay son muy caros.

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“En los últimos años, la comunidad científica ha mostrado un creciente interés en el estudio de la contaminación lumínica. Esto ha puesto de manifiesto un aumento en la necesidad de tecnología que permita la evaluación continua del problema”, señaló.

Con el objetivo de contribuir al desarrollo tecnológico para afinar el estudio de este tipo de contaminación, que tiene diversos impactos en la salud de los humanos y en el medio ambiente, Solano Lamphar desarrolló dos equipos de bajo costo que “permiten obtener una estimación experimental de la radiancia del brillo de cielo nocturno y una valoración de la emisión de fuentes contaminantes”, explicó.

Estos dispositivos los desarrolló con el apoyo del Conacyt y en coordinación con los investigadores Miroslav Kocifaj y Frantisek Kundracik, de la Academia Eslovaca de Ciencias y de la Universidad Comenius de Bratislava, respectivamente.

Agencia Informativa Conacyt (AIC): ¿Cuáles son los dos dispositivos que desarrolló? 

Héctor Antonio Solano Lamphar(HASL): El primero es un sistema microcontrolado para realizar mediciones continuas y automatizadas del resplandor del cielo nocturno, a través del uso de tecnología óptica digital de una cámara profesional tipo réflex. El otro dispositivo ayuda a identificar las fuentes y la cantidad de contaminación que emiten.

AIC: ¿En qué consiste el aparato para medir el resplandor del cielo nocturno? 

HASL: Este equipo utiliza estructuras inteligentes de software y hardware gestionadas por medio de un controlador electrónico que ha sido preparado con el propósito de ofrecer una automatización de las medidas de brillo del cielo nocturno y obtener datos de luminancia, es decir, el brillo de un objeto luminoso.

El prototipo consta de un microcontrolador de una placa, un sensor de luz ambiental con un material sensible que registra las variaciones de la cantidad de luz y un mando a distancia con el que se controla remotamente el sistema.

Asimismo, tiene un brazo robótico simple con el que es posible abrir y cerrar la lente, y el difusor de una cámara profesional tipo réflex (DSLR, por sus siglas en inglés) con el objetivo de evitar la dependencia termal del sensor de la misma.

También usa un servo FUTABA S3003, un lente tipo ojo de pez completo que permite realizar mediciones de las cuales se extraen los datos y una cámara DSLR.

La programaciónque se utilizapara la comunicaciónseriales a través dellenguaje de scriptPython, para lo cual esnecesario el uso deuna biblioteca llamadaPySerial,que proporcionatodas las funcionesy los métodos necesariospara estableceruna comunicaciónconel controlador electrónico. 

Una vez que se captura y se procesan los datos, la información se almacenacomo textoen el ordenador. 

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AIC: ¿Para qué sirve este equipo? 

HASL: El objetivo de este proyecto es contar con un sistema microcontrolado que mejore y aproveche las posibilidades de medición que ofrecen las cámaras. 

El sistema se conforma por una plataforma eficiente de bajo costo que es fácil de preparar y controlar, lo que constituye la base de la modelización espacial y temporal de la iluminación ambiental nocturna. 

Asimismo, el sistema permite obtener los datos de manera continua y calibrada. Esto ofrece una ventaja para los investigadores que, por cualquier razón, no pueden realizar medicionesin situdurante un largo periodo de tiempo o en ciertos lugares. 

AIC: ¿En qué fase está el prototipo? 

HASL: El dispositivo ya se desarrolló y se ha probado en diferentes ciudades. Este estudio fue presentado en la conferencia Optical Characterization of Atmospheric Aerosols, que tuvo lugar en Smolenice, en la República Eslovaca.

Asimismo, el desarrollo de este equipo ya se publicó en la revista de alto factor de impacto Lighting Research & Technology, con el título “A microcontroller-based system for automated and continuous sky glow measurements with the use of digital single-lens reflex cameras”.

AIC: Respecto al otro dispositivo, ¿en qué consiste este equipo que identifica la emisión de contaminantes lumínicos? 

HASL: La finalidad principal de este proyecto es analizar experimentalmente la función de emisión de focos contaminantes localizados, a través de una reconstrucción de los valores óptimos que caracterizan dicha función, por medio de un dispositivo fiable y de bajo costo.

Los experimentos se basan en un trabajo publicado recientemente en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, con el título “Skyglow: a retrieval of the approximate radiant intensity function of ground-based light sources”, en el cual se analiza teóricamente la función de emisión de focos contaminantes localizados.

El proceso de medición principal se lleva a cabo por medio de una cámara profesional tipo réflex, cuya óptica es un objetivo ojo de pez completo.

Los experimentos de campo se realizan a diferentes distancias de la ciudad. Las imágenes que son tomadas se utilizan para observar la relación entre la radiancia y la irradiancia.

La radiancia es el flujo que sale de una superficie emisora, se podría definir como el brillo de un objeto luminoso. Mientras que la irradiancia es la potencia de la radiación electromagnética por unidad de área incidente sobre una superficiehorizontal, es decir, la luz que llega a un objeto o superficie.

Por medio de esa relación entre la radiancia y la irradiancia es posible identificar la función de emisión, que es la contaminación lumínica que se emite desde una ciudad o fuente contaminante.

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AIC: ¿Cómo contribuye este equipo al desarrollo del estudio de la contaminación lumínica? 

HASL: Este equipo ayuda a obtener ecuacionesde transferencia radiativa que son fundamentales en la recuperación de los parámetros de la función de emisión y en su posterior manifestación como brillo del cielo nocturno. Sin embargo, para que esta técnica sea aplicable, es necesario contar con instrumentos de detectores que puedan operar linealmente dentro de varios órdenes de magnitud.

Contar con un alto rango dinámico, una alta resolución espacial y una lectura rápida, garantizará tener más exactitud en el procesamiento matemático. Muchos instrumentos no cuentan con tales características y operan solamente en régimen restringido, es decir, que solamente pueden medir ya sea la radiancia o la irradiancia.

El instrumento desarrollado cuenta con la sensibilidad adecuada para realizar mediciones nocturnas y medir tanto la radiancia como la irradiancia. 

AIC: ¿En qué fase se encuentra el prototipo? 

HASL: Se encuentra en la fase de pruebas, ya se han realizado varias mediciones en la ciudad de Los Mochis, en el estado de Sinaloa. Se decidió medir la contaminación lumínica ahí porque la ciudad se encuentra en un valle, sin obstáculos orográficos y aislada de otras ciudades importantes. Es decir, es una ciudad muy controlable que hace que los experimentos puedan analizarse mejor.  

En los próximos meses se van a realizar mediciones en dos ciudades, las cuales aún no se tienen definidas pero se busca que tengan características similares para obtener más datos que se puedan comparar.

AIC: ¿Están patentados o en trámite de patente estos equipos? 

HASL: Aun no, pero se pueden analizar las perspectivas de patente. Sobre todo el primero, que tiene un desarrollo de hardware más extenso. El segundo tiene más desarrollo de software para el procesado de las imágenes y posterior conversión en datos de radiancia e irradiancia.

AIC: ¿Se piensan comercializar estos equipos para impulsar el estudio de la contaminación lumínica en todo el mundo? 

HASL: Son de acceso público. Para darlos a conocer se han presentado en dos conferencias y se han publicado en tres artículos.

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