Chaski RF: nuestro camino hacia el desarrollo de un producto tecnológico en Chile (primera parte)

(Chaski RF… the messenger of the Andes. Portable and autonomous radio & data repeater station. Part I)

Nace la idea de Chaski RF en el norte de Chile… para Latinoamérica y el Mundo.

Esta historia la hemos compartido muchas veces en conversaciones y charlas, y aquí la voy a contar desde el principio, incorporando algunos datos de interés técnico…

Foto 1. Salar de Tara. Lugar donde nace la idea de nuestra estación portátil. Aquí mismo la bautizamos como Chaski – en honor a los antiguos mensajeros del imperio inca (ver info en Wikipedia sobre los Chaskis o Chasquis) -.

Todo empezó en nuestras vacaciones al Norte Grande de Chile, en mayo del año 2013. Pao y yo estuvimos 10 días recorriendo San Pedro de Atacama y sus alrededores, tomando casi todos los viajes turísticos que se ofertan en el lugar. Entre ellos, un recorrido por el Salar de Uyuni – Bolivia, y el ascenso al Salar de Tara (muy cerca del límite tripartito entre Argentina, Bolivia y Chile). Fue en este lugar donde, estando totalmente incomunicados, en plena Cordillera de los Andes y por sobre los 4.000 metros sobre el nivel de mar, tuvimos una emergencia. De casualidad, encontramos una familia completa de turistas franceses – con bebé incluído -que en pleno recorrido por el altiplano, tuvieron problemas para mover su vehículo. Quedaron atrapados en uno de los lugares mas inhóspitos del planeta. La mamá de esa familia (que apenas decía unas pocas palabras en español), salió sola a buscar ayuda por el desierto. Caminó por lo menos unos 20 kilómetros en pleno altiplano, tratando de llegar a la ruta por la que suben los turistas (ruta indefinida… nada más que huellas marcadas en el árido suelo), y sólo con una botella de agua en las manos. Encontrarnos fue como dar con una aguja en un pajar, ante tanta inmensidad del paisaje y la soledad casi absoluta que reina las alturas. Más aún a esa hora, cuando ya se acercaba la noche y nos disponíamos a regresar a San Pedro de Atacama. Dado que no tenían teléfono satelital (el único medio de comunicación portátil que funciona en ese lugar), de no encontrarlos hubiesen permanecido allí durante la noche, cuando las temperatura desciende a decenas de grados bajo cero. Hubiera sido muy compleja la situación para ellos, en especial para los más pequeños, pero gracias a la Pachamama nos encontramos y la historia tuvo final feliz.

Esto motivó a que indagáramos sobre cómo resuelven sus necesidades en comunicaciones las empresas turísticas que operan en la zona – convengamos que es San Pedro de Atacama, uno de los lugares más visitados de nuestro país -. Nos encontramos con la sorpresa que, a esa fecha – año 2013-, la mayoría de las empresas no contaba con teléfonos satelitales (por costo), ni hablar de los celulares (sólo tienen servicio en zonas donde es negocio para las compañías telefónicas, por lo que descartamos áreas no pobladas ni con rutas vehiculares importantes), menos aún de comunicaciones NVIS (que tampoco es barato y su operación en estaciones móviles es compleja) y las radios VHF/UHF que traían en los vehículos no tienen cobertura entre los cerros (por falta de estaciones repetidoras). Había una necesidad de comunicaciones no cubierta.

Ante esta necesidad pensamos en construir un kit repetidor de bajo costo, al que inmediatamente bautizamos como Chaski. ¿Por qué Chaski? bueno… una reflexión habitual cuando mirábamos la inmensidad del paisaje andino era: “quizás qué bellos paisajes vieron los antiguos chasquis en su recorrido por el altiplano… cuántas hazañas por llevar información a cada rincón del reino inca”. Fue inevitable imaginar una solución tecnológica hecha en Latinoamérica, capaz de cumplir esta noble labor de comunicar en estos lugares tan extremos. Crear una solución como esta sería un humilde homenaje a estos admirables hombres del mundo precolombino.

Tuvimos que incorporar “RF” (de RadioFrecuencia) para distinguirlo del concepto base en quechua, pudiendo registrarlo en INAPI. Así quedó como Chaski RF.

Logo CHASKI RF, marca registrada.

Pero… ¿qué es una estación repetidora de radio?

Es un conjunto de equipos y materiales que permiten extender el área de servicio (alcance) de los sistemas de radiocomunicaciones. Habitualmente se instalan en lo alto de cerros y montañas, o bien a nivel de las ciudades pero con grandes torres para soportar antenas, esto con el objetivo de incrementar el área de cobertura (servicio) del sistema de radiocomunicaciones.

He tenido la oportunidad de conocer diferentes estaciones repetidoras, varias de ellas instaladas en cerros bien conocidos por su buena visual hacia los valles poblados con grandes ciudades, donde existen caminos para acceso en camioneta 4×4 y hay disponible energía eléctrica (típicamente línea bifásica de media tensión). Sin embargo, cuando hablamos de sectores rurales, donde las grandes ciudades están muy lejanas, lo más común es que no haya camino vehicular hacia los cerros y tampoco de disponga de energía eléctrica en ellos. Además, estos sitios usualmente contienen ecosistemas sensibles a la intervención humana, y cada obra de ingeniería debe ser rigurosamente evaluada antes de implementarse.

Foto 2. Sitio repetidor analógico básico en cerro Macón, por sobre los 5.000 m.s.n.m. en el Valle de Chajnantor – Región de Antofagasta, Chile. Tomé esta foto en mi visita al Interferómetro Radioastronómico ALMA el año 2010, precisamente trabajando en una propuesta para un nuevo sistema de radiocomunicaciones, reemplazo del utilizado en la etapa de construcción del interferómetro.

Esto hace muy compleja la instalación en terreno de las estaciones repetidoras, siendo necesario muchas veces el uso de helicópteros para el transporte de personas, equipos y materiales; e incluso la implementación de instalación de faena (lo que aumenta el impacto ambiental y costos).  Por ello, nos pareció interesante desarrollar una solución en repetidoras de radio de fácil instalación (sin obras civiles ni uso de maquinaria pesada) y autónomas energéticamente.

Primeras versiones de Chaski RF

La idea era armar una estación repetidora que en terreno fuera tan simple de instalar como una carpa para acampar. Partimos por lo más simple… nada más que un back to back entre radios portátiles. Una para up-link y otra para down-link. Solución natural al estilo del radioaficionado que soy, y de bajo costo. Lo pusimos en una caja provista de energía y anduvo bien, pero no tanto como queríamos. Faltaban funcionalidades y había detalles por mejorar en su tarea básica como repetidor de radio.

Foto 3. Primeras pruebas prototipo Chaski

Con recursos 100% propios, trabajamos en nueva electrónica. Logramos avances importantes, pero seguíamos con la sensación que podíamos mejorar la solución. Por falta de insumos, se hacía difícil seguir adelante con el proyecto.

Foto 4. Un pequeño pájaro posa sobre nuestro primer prototipo de estación Chaski RF.

Con nuestro Chaski RF básico, hicimos pruebas operacionales en la Laguna del Maule (en adelante, nuestro laboratorio natural para cada versión de Chaski RF). Poco a poco íbamos corrigiendo los detalles técnicos de la solución para radiocomunicaciones que tuvimos en un principio. La caja estaba quedando chica y necesitábamos más energía. Había que seguir avanzando.

Trabajo con Corfo y la Incubadora de Negocios de la Universidad de Concepción.

Armados con la idea básica de negocio y el prototipo simple de Chaski RF recién descrito, nos acercamos al Centro de Desarrollo de Negocios de Talca. La idea era buscar ayuda para convertir nuestro trabajo en una solución atractiva para clientes locales y también para inversionistas ad-hoc (buscamos “smart money”!!). Aconsejados por nuestro ejecutivo estrella, el ingeniero comercial y magíster en finanzas, Mario Rojas Bastías, decidimos postular a fondos Corfo (ver link sobre Corfo). Había que preparar un proyecto (buena oportunidad para aprender conceptos de negocios) y un video pitch en el cual contar nuestra idea en sólo 1 minuto.

Foto 5. Grabaciones pitch de Chaski para postular a fondos Corfo. Gran trabajo David, Vicente y Javi, y por supuesto Pao. Ella fue la artífice del guión casi en su totalidad

Con el guión de Pao, y el buen trabajo de David, Vicente y Javi sacamos el primer video relativo a Chaski. Fue nuestro pitch – hecho en tiempo record – para postular a fondos CORFO. Nuestro objetivo era conseguir co-financiamiento para desarrollar un Producto Mínimo Viable (PMV), hacer difusión y prospección comercial. A continuación, como quedó el video pitch de Chaski:

Video 1. Pitch para postular a fondos Corfo. Quedó filete! salvo pequeños errores en las gráficas. Excelente trabajo muchach@s.

Luego de un riguroso proceso de selección y una presentación estilo “Shark Tank”, fuimos uno de los proyectos beneficiados por CORFO el año 2016.  Con Pao, Mario y todos quienes nos apoyaron, fuimos a tomar unos vinos bien merecidos.

Durante un año completo trabajamos con el apoyo de CORFO, patrocinados por la Incubadora de Negocios de la Universidad de Concepción (Incuba UdeC). En este tiempo desarrollamos el Producto Mínimo Viable (PMV), hicimos prospección comercial y difusión de nuestra solución. Ganamos la oportunidad de presentar nuestra idea de negocio a inversionistas privados, en el contexto del Programa Alas Bio-Bío. Aunque nos fue esquivo el “match”, y no encontramos el “smart money” que buscábamos, gracias al Alas Bio-Bio conocimos un poco sobre la realidad del empresariado nacional – al menos el perfil de las personas que allí participaron -. También estuvimos en ferias tecnológicas, como la Feria de Innovación y Emprendimiento de Talca (FINEM), Creo en Chile y Expo Andes (Santiago). Fue un año muy ajetreado.

Foto 6. Chaski RF en Creo en Chile. Santiago, junio 2017. Aquí estaba la electrónica un poco más avanzada, pero aún no teníamos el up-grade en la carcasa.
Foto 7. Aquí estamos en la Feria de la Innovación y Emprendimiento del Maule (FINEM), donde aparecemos junto el team de diseñadores industriales encargados del diseño y construcción exterior de Chaski RF. Notar que tenemos una nueva presentación, pero que posteriormente fue modificada luego de algunos fallos en terreno.

Lo bueno… conocimos mucha gente buena. Gente colaborativa que cree en el valor del emprendimiento tecnológico y los beneficios que tiene para nuestra sociedad, más allá de la simple visión de negocio. Lo malo y nuestro error, subestimamos los costos y quedamos medio trasquilados.

Evolución de Chaski RF

Cuando iniciamos nuestro trabajo con CORFO, Chaski RF estaba basado en el clásico back-to-back de radios portátiles, con una pequeña electrónica de control. Gracias al co-financiamiento pudimos construir varias tarjetas electrónicas que desde hacía tiempo queríamos probar. Esas ideas – que estaban sólo como un diseño en el computador – se conviertieron en circuitos electrónicos reales. Así, después de bastante ensayo – error, logramos un buen up-grade de nuestra solución.

Foto 8. Yo en el laboratorio. Está más ordenado de lo habitual (íbamos a tomar esta foto para ponerla en un informe para CORFO… jejeje). Las ojeras salen luego de pasar muchas horas ruteando tarjetas electrónicas o programando.

Gracias al desarrollo de nueva electrónica para nuestro Chaski RF, pudimos incorporar nuevas funcionalidades:

  • Control inteligente de uso de energía, permitiendo que la estación tomara medidas para reducir el consumo de energía. Muy útil si no hay suficiente disponibilidad de energía fotovoltaica como para operación continua, o bien cuando hay alto tráfico de llamadas.
  • Sistema de alarma anti-robos.  Detector de vibraciones y movimiento que alarma localmente (tono de advertencia) y remotamente (avisa a los usuarios de la estación) sobre intentos de robo. Se implementó inteligencia para operar correctamente en caso de movimientos telúricos (control de falsa alarma).
  • Nodo LoRa. La gran cantidad de personas y empresas que conocimos con la necesidad de transmitir datos de telemetría [de hacer Internet de las Cosas (IoT)], nos motivó a incorporar un módulo LoRa a Chaski RF.  Así, podremos extender el área de servicio de las redes que permiten transmitir los datos desde sensores remotos hacia servidores, y también desde estos hacia actuadores. Por ejemplo, podemos comunicar estaciones meteorológicas, letreros LED de caminos, entre otras cosas.

Una de las características interesantes -a mi gusto-, y que responde más a un deseo personal que a resolver una necesidad práctica, es la funcionalidad de “Beacon” (baliza) que posee Chaski RF. No me refiero a la clásica baliza de luz intermitente (cosa que también tiene, y que según sea la aplicación puede ser conveniente configurar para que se active automáticamente durante la noche), sino que a un beacon en RF. Gracias a esta funcionalidad, podemos configurar el equipo para que cada cierto lapso de tiempo (sin tráfico) configurable (5 minutos, 15 minutos, 30 minutos, 1 hora o 12 horas), emita un mensaje de voz pregrabado en un archivo digital y/o una secuencia de caracteres en MCW (CW modulado – tono codificado en morse, muy típico en comunicaciones de radioaficionados, el cual puede contener información operacional de equipo como temperatura, nivel de batería interna y disponibilidad de energía solar). Es una señal que envía Chaski RF, pensada para cuando se le instala en lugares en extremo aislados. Me lo imagino en pleno desierto, o entre los canales del sur… con las frecuencias publicadas en carreteras y parques nacionales, indicando cada cierto tiempo – “este es el sistema de comunicaciones para emergencias de…” -… Escuchar por la radio una voz humana en lugares tan remotos sin duda que reconforta.

Luego de unos cuantos diseños previos, así quedó la electrónica interna de Chaski RF:

Foto 9. Vista interior de la estación repetidora Chaski RF. Se observa ensamblaje modular para facilitar cambio de partes y piezas. Cuenta con un display y puerto COM para conexión a PC, de modo de que podemos configurarlo en terreno.

Y esta es la primera foto de su portadora, vista en el analizador de espectro:

Foto 10. ¡Habemus portadora! vista al analizador de espectro de la portadora emitida por Chaski RF (señal atenuada 40 dB).

Y bueno… había que hacer un up-grade en la carcasa…

Foto 11. Versión actual de Chaski RF.

El diseño exterior no es tan simple como parece. Debe responder a exigencias propias de estos sistemas, como:

  • Oscilaciones térmicas extremas: el equipo debe ser capaz de soportar temperatura ambiente entre los -20°C y 45°C, sin dañar la electrónica ni batería interna. Esto es muy importante, pues las baterías son muy susceptibles a daño por alta temperatura, y si es muy baja reducen dramáticamente su rendimiento. Por otro lado, la electrónica genera un poco de calor que debe ser adecuadamente disipado para evitar daños en componentes semiconductoras.
  • Soportar altos niveles de radiación solar directa, como ocurre durante los calurosos veranos.
  • Las partes metálicas deben ser resistentes a la corrosión, particularmente elevada en ambientes salinos (borde costero, territorio insular y zona de salares).
  • Resistencia metálica adecuada para enfrentar el viento y peso de la nieve. Este aspecto es muy relevante, pues Chaski RF no considera obras civiles que afiancen su anclaje al suelo. Cuenta con sistema de contravientos y estacas especialmente diseñadas para suelos rocosos. También está pensada para soportar el peso de la nieve, pero no para resistir avalanchas. Se debe escoger bien el sitio de instalación.
Foto 12. Prueba básica de resistencia mecánica de la estructura hecha por el team de diseñadores industriales de Chaski RF. Hay hartos kgs ahí… y la carga dinámica hace que esta sea una real prueba de fuego!.

Para satisfacer estas exigencias, contamos con el apoyo de un equipo de diseñadores industriales. En la foto, parte de este team en acción. Ojo que previo a estas pruebas, hubo memorias de cálculo para reducir riesgos, jejeje.

Primera pruebas en terreno de la versión actual.

El montaje en terreno lo hicimos a pulso… tal como está pensado que se haga normalmente por parte del cliente. Nos acercamos en vehículo  lo más que pudimos, y luego a “tracción humana” llevamos todo lo necesario. Escogimos un pequeño cerro, ubicado en el borde de la Laguna del Maule, por su buena visual hacia gran parte de la laguna y carretera internacional. Éramos 5 personas en esta faena. Entre 2 llevamos las mochilas “Chaski RF” con la estación “plug & play”, otro llevaba el “cocaví”, y los otras dos personas las herramientas y radios portátiles. Una vez en el sitio, lo montamos y salió al aire de inmediato.

Si bien llegamos exhaustos, no nos podemos quejar… es un lugar maravilloso. Es la mejor oficina para trabajar!!.

Foto 13. Lugar de instalación de Chaski RF para pruebas. Realmente de sobrecogedora belleza… y clima extremo. Un amigo geólogo nos comenta que es un centro volcánico potente.

Utilizamos la banda de 400 MHz, con una separación entre up-link y down-link de 5 MHz. Potencia de transmisión variable entre 1W y 5W, determinada por la lógica interna de operación. Para efecto de las mediciones, nos seguramos de mantener 5W (+37 dBm).

Una vez instalada la estación Chaski RF, uno de los integrantes del equipo se quedó con una radio, mientras que yo salí a recorrer la ruta con otra radio portátil (potencia TX de 4W y 0.3uV a 12dB SINAD en RX, antena portátil básica de 1/4 de onda). Hicimos pruebas de comunicacion en varios puntos, tomando coordenadas y marcando en el mapa el resultado más desfavorable en la comunicación (up-link o down-link).  El resultado se observa a continuación:

Figura 1. Prueba de cobertura radial.

En la figura 1 se ha comparado el desempeño real del equipo, versus una simulación de propagación realizada con el software Radio Mobile (modelo de Longley – Rice, muy utilizado por colegas radioaficionados y estudiantes universitarios). Los parámetros de propagación se ajustaron para representar de manera adecuada el área de servicio observada. El modelo computacional se aproxima de buena forma a la realidad.

Foto 14. Arrieros en Ruta Internacional Pehuenche.

Durante nuestro retorno a Talca, nos encontramos con arrieros. Unos capos de alta montaña.

Pruebas como esta las repetimos en distintos lugares de la región, todas con éxito. En la última realizada, falló el amplificador de potencia del equipo por error de manipulación (lo hice operar sin haber conectado la antena, produciendo excesiva R.O.E., con lo que quemé el MOSFET de potencia de RF). Recordaré incorporar la electrónica para evitar que el equipo transmita cuando no tiene antena o esta esté desajustada. Tarea pendiente.

Video promocional

Casi terminando el proyecto con CORFO, con la dirección de Manuel Meza [de la productora ProImagen (del Maule)], y por supuesto el apoyo de todo su equipo, grabamos este video promocional. Quedó buenísimo, aunque confieso que algunas ideas de Manuel que no tomamos en ese momento, ahora vemos que hubieran sido buenas para los objetivos de este video. Los invito a verlo y a compartir!!.

Video 2. Spot promocional de Chaski RF. modelo RP-1000A. Quedó buenísimo. Excelente trabajo muchach@s.

Decidimos bautizar como Chaski RF modelo “RP-1000A” a esta estación repetidora de radio, y Chaski RF modelo “RP-1000AD” en caso que considere la funcionalidad LoRa. Esto porque a futuro tenemos pensado crear nuevos productos Chaski RF. Te invito a visitar el sitio web de esta solución en telecomunicaciones: www.chaskirf.com

También puedes descargar:

Folleto de Chaski RF modelo RP-1000AD_1 (PDF)

Agradecimientos.

A nuestras familias, por la empatía y buena disposición a colaborar.

A Mario Rojas Bastías, ingeniero comercial y magíster en finanzas. Por lejos, el mejor profesional del área financiera que conozco. Agradecimiento extensivo al Centro de Desarrollo de Negocios de Talca. A Andrea por su graaan ayuda con los trámites tributarios. A David, Vicente y Javi, por el bacán video pitch; y a Manuel, Maco y equipo, por el excelente video promocional. A Beatriz, Paula, Carolina, Oscar y Carlos, por el apoyo y buena onda desde IncubaUdeC. A Javier por su buen sentido de responsabilidad y experticia en la programación en JAVA de Raspberry Pi. A Aldo Aspilcueta y Paulo, por los buenos consejos sobre como emprender.

A CORFO por ayudar a democratizar las oportunidades, y por supuesto a tod@s quienes creen en l@s emprendedor@s tecnológicos.

Reflexiones, parte I.

Estoy leyendo un libro del físico chileno César Hidalgo, llamado “Why information grows?” (“El triunfo de la información” es la versión en castellano), donde hace referencia a que el desarrollo industrial de un país es un indicador que puede entregarnos una idea del know how de sus ciudadanos, acumulado en empresas individualmente y en redes de estas. Conectando aquello con la realidad productiva y laboral de nuestro país, donde la mayoría de los cargos de ingeniero se enfocan en gestión, mantenimiento o a lo más en integración de tecnologías (es lo más ingenieril que me ha tocado conocer en la gran industria – en nuestro país sólo he conocido PYMES que se dedicaban a la manufactura electrónica, tarea que claramente demanda mayores conocimientos de ingeniería -), se hace de manifiesto que mucho conocimiento de ingenieros recién egresados y entusiastas por la especialidad electrónica, con el tiempo se pierde entre tareas que otra persona – sin formación técnica especializada, o con formación muy básica – podría hacer igual de bien en su lugar, desperdiciando la formación entregada por las universidades y, en algunos casos, frustrando profesionalmente a los egresados. Finalmente es tiempo, recursos y energía de gente joven que habitualmente se pierde en tareas administrativas que poco valor aportan a la actividad económica que desarrollan (o al menos que cualquier persona no técnica podría hacer en su lugar, obteniendo el mismo resultado).

Si bien hay esfuerzos que apuntan en la dirección de mejorar nuestra capacidad en I+D+i, como los que hace la CORFO y algunas pocas universidades (mi respeto a la U. de Chile con su SUCHAI y el AMTC), creo que el mundo privado está muy al debe en este aspecto. Espero que como sociedad seamos capaces de salir de nuestra dependencia de las típicas empresas dedicadas a la extracción de materias primas o  a servicios de bajo valor agregado, y nazca una nueva generación de empresarios que apuesten por la innovación con base tecnológica. Necesitamos ese up-grade mental en Chile y Latinoamérica. El primer país que lo haga será punta de lanza para que nuestra región florezca.

Atentamente

Sebastián

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