Resolver problemas de manera interdisciplinaria y humanitaria:TU Darmstadt y el Centro Aeroespacial Alemán están desarrollando un sistema sostenible para el suministro de agua a las zonas de tugurios que se basa en datos satelitales.

Los primeros gráficos que el profesor Peter Pelz, El proyecto de Lea Rausch y John Friesen en la pared hablan por sí mismos:los datos satelitales de la ciudad india de Mumbai muestran el rápido crecimiento de la megaciudad en forma de pequeños puntos que se condensan aún más de una diapositiva a otra. La población de 5,9 millones en 1971 ha crecido ahora a 12,5 millones, y según estimaciones actuales, El 55 por ciento de la gente vive en barrios marginales. En la mayoría de los países en desarrollo de Asia, América del Sur y África, estos "asentamientos informales" son elementos fijos de la ciudad, pero casi imposible de documentar con cifras precisas.

Los tres científicos del Instituto de Sistemas de Fluidos (FST) están trabajando con informáticos de TU Darmstadt y geógrafos del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) para investigar los barrios marginales y cómo se desarrollan en las megaciudades. Quieren optimizar el suministro de agua a estos "pobres urbanos" y apoyar el desarrollo específico de infraestructuras en los barrios marginales.

"Al hacerlo, queremos contribuir a la consecución de los objetivos de desarrollo que Naciones Unidas se ha marcado para 2030, "explica el profesor Pelz, quien es el jefe de la FST. La dinámica con la que se desarrollan las megaciudades y sus barrios marginales supone un tremendo estrés para sus infraestructuras. En particular, la falta de suministro de agua potable causa una multitud de problemas:enfermedades, alta mortalidad infantil y falta de tiempo para la educación y el trabajo, porque la obtención de agua aglutina muchas capacidades.

Sistema de suministro escalable y eficiente

Para romper este círculo vicioso, los científicos están trabajando en un sistema de suministro escalable y adaptado a las condiciones locales específicas. "No necesitamos un sino un modelo de base amplia, ", explica Friesen. La atención se centra, por tanto, en la búsqueda de patrones generales que se apliquen a cada megaciudad.

Los datos satelitales del DLR proporcionan la base para esto. "Con respecto a la pobreza mundial en las ciudades, todavía existen grandes lagunas en nuestro conocimiento, ", informa el Dr. Hannes Taubenböck, científico del DLR." Mucho se basa en estimaciones ". Utilizando datos de teledetección, el equipo pudo determinar las morfologías típicas de los barrios marginales. Un desarrollo muy denso y visiblemente no planificado, así como pequeño, Las casas bajas hacen que estas áreas se distingan claramente de las áreas planificadas formalmente en las imágenes de satélite.

Debido a que descubrieron esta típica "estructura binaria, "los científicos del DLR pueden establecer la proporción de personas pobres en las ciudades con mucha más precisión de lo que es posible a partir de, por ejemplo, un censo. "Obtuvimos cifras significativamente más altas que las de los organismos oficiales, ", dice Taubenböck. Una mirada a las estructuras del barrio pobre de Dharavi en Mumbai revela rápidamente la realidad. En un área donde viven 7000 personas en Darmstadt, hay 42000 unidades residenciales. La población estimada está entre 500, 000 y un millón de personas.

Según los datos de DLR, los socios de investigación ahora también han investigado el tamaño de los barrios marginales. Los ejemplos de Ciudad del Cabo, Rio de Janeiro, Mumbai y Manila confirman que, aunque los barrios marginales pueden variar mucho, todos son aproximadamente del mismo tamaño. Independientemente de la ciudad, país y continente o geográfico, condiciones de frontera políticas y económicas, la mayoría tiene un área equivalente a al menos medio y un máximo de cinco campos de fútbol. "Si los barrios marginales tienen un tamaño uniforme a nivel mundial, podemos desarrollar un transferible, sistema robusto y eficiente que determina la infraestructura óptima para el suministro de agua a cada barrio, "dice Peter Pelz.

Los algoritmos se convierten en planificadores de infraestructuras

Los cimientos de este sistema son proporcionados por los datos satelitales clasificados del DLR y un modelo de costos en el que fluyen factores como los pronósticos sobre el crecimiento de los barrios marginales establecidos a partir de la minería de datos. Este modelo de costos se traduce en un modelo de optimización matemática. Luego, los algoritmos calculan el sistema de suministro; no buscando una solución global de forma inteligente. Debido a la alta complejidad, la gente ya no puede hacer eso. "Los algoritmos se convierten en planificadores de infraestructuras, "explica Rausch, Pelz y Friesen. "Es un enfoque completamente nuevo, ", confirma el experto en DLR Michael Wurm. Las personas solo definen las restricciones para los cálculos. Estos son costos o también modelos comerciales posteriores, así como las infraestructuras ya existentes.

Al final se encuentra disponible un gráfico que visualiza el diseño de red calculado con obras hidráulicas, varios tipos de tanque de agua, Tuberías o vehículos para transporte de agua. Los científicos ya han aplicado este método de "optimización discreta" utilizando como ejemplos varios barrios marginales de Dhaka. Por el momento, todavía se necesitan varias horas para los cálculos para áreas más pequeñas con alrededor de 20 barrios marginales. Agrupar los datos de los barrios marginales debería reducir el número de variables en el futuro, lo que aceleraría el proceso, ya que las regiones metropolitanas como Dhaka tienen más de mil barrios marginales.

Mientras tanto, Los investigadores de TU Darmstadt también están explorando la cuestión de cómo surgen realmente los barrios marginales. Utilizando el mecanismo de Turing, un modelo del matemático británico Alan Turing que explica la aparición de estructuras espontáneas, encontraron ciertos patrones de migración. Reveló, entre otras cosas, que los barrios marginales siempre se desarrollan cuando la densidad de población se vuelve tan grande que la gente de un grupo específico, en este caso los pobres, comienzan a "difundirse" de un área. Esto confirma la convicción de los expertos de que incluso los métodos matemáticos básicos pueden utilizarse para explicar los fenómenos sociales. Su objetivo es ahora incluir otras disciplinas que aborden el tema "Agua para todos". "Este podría ser el núcleo de futuras investigaciones colaborativas, "dice Peter Pelz.