ICARUS

A Internet dos animais está pronta para decolar

abr 21, 2021

ICARUS, o ambicioso projeto de observação de animais em grande escala baseado na Estação Espacial Internacional (EEI), concluiu sua fase de testes com sucesso extraordinário, permitindo o início dos primeiros projetos.

O projeto de pesquisa de renome internacional está sendo realizado sob a liderança do Max Planck Institute of Animal Behavior (MPIAB) na unidade de Radolfzell, no Lago de Constança, Alemanha, em colaboração com o Centro Aeroespacial Alemão (DLR) e a Roscosmos, a Agência Espacial Federal Russa. A Rohde & Schwarz está contribuindo com a tecnologia de rádio dos transmissores fixados nos animais.

Os pássaros melros-pretos estão entre os animais que o Max Planck Institute observará com o auxílio do ICARUS.
Os pássaros melros-pretos estão entre os animais que o Max Planck Institute observará com o auxílio do ICARUS.

Por que eles estão voando?

Equipar animais com pequenos transmissores é possível há muito tempo graças à miniaturização dos componentes eletrônicos e sensores. Isso permite a observação conveniente do comportamento do animal, sem invadir seu espaço. No entanto, os transmissores usados ofereciam um alcance muito limitado porque empregavam a tecnologia de comunicações móveis ou métodos simples de rádio analógico. Por outro lado, o sistema de observação do ICARUS baseado em espaço conta com alcance global. Ele acompanha com perfeição os movimentos de aves e outros animais de hábitos migratórios com alta resolução em qualquer lugar, mesmo atravessando continentes. Embora saibamos que muitas espécies migram e quais são os destinos delas, até então os pesquisadores não tinham acesso a informações sobre as rotas exatas, os comportamentos e as condições ambientais que esses animais enfrentam durante suas jornadas. O ICARUS traz respostas atualizadas e sofisticadas para essas perguntas.

Mission ICARUS
Missão ICARUS: tecnologia de satélite a favor da biologia.

Tecnologia de satélite a favor da biologia

A central do sistema ICARUS é a Estação Espacial Internacional (EEI). Ela percorre uma órbita praticamente circular, passando por mais de 90% da superfície terrestre todos os dias. Devido à sua baixa altitude orbital de aproximadamente 400 km, ela pode ser facilmente acessada por transmissores de rádio de baixa potência. Essas características deram aos parceiros do projeto ICARUS a ideia de usar a EEI como uma estação remota para os animais que seriam observados.

No entanto, não havia uma tecnologia de rádio adequada que estivesse pronta para uso. A INRADIOS, uma pequena empresa especializada em rádio via satélite e, agora, uma subsidiária da Rohde & Schwarz, se ofereceu para solucionar esse problema. Juntamente com a ICARUS Global Observation System (I-GOS), uma empresa derivada do MPIAB, a SpaceTech e o Centro Aeroespacial Alemão (DLR), a INRADIOS desenvolveu a tecnologia de rádio, os transmissores para animais, o módulo de processamento de sinais para a EEI e as estações terrestres que podem receber sinais no lugar da EEI.

Além do transmissor padrão, algumas versões para criaturas marítimas e animais de grande porte serão disponibilizadas.
O transmissor para animais (identificador) foi desenvolvido em parceria com o Max Planck Institute for Ornithology (MPIO) e o ICARUS Global Observation System (I GOS). Além do transmissor padrão, algumas versões especiais para criaturas marítimas e animais de grande porte, como elefantes, serão disponibilizadas.

Um identificador para cada animal

O transmissor para animais (identificador) produzido pela Rohde & Schwarz atinge os limites da miniaturização. Ele é tão compacto (2 cm2) e leve (< 5 g) que mesmo os animais pequenos podem carregá-lo com facilidade. O transmissor contém um processador, uma memória, um receptor GPS, um módulo de rádio, uma bateria recarregável, uma célula solar e diversos sensores para capturar dados de movimentação e do ambiente. Esses componentes fornecem informações sobre onde os animais estão, sobre a movimentação deles e também sobre as condições ambientais, como temperatura, umidade e pressão atmosférica.

Uma versão marítima do identificador será à prova d’água, resistente à compressão e flutuante, para poder ser utilizada adequadamente em animais marinhos. O acoplamento no animal será projetado para liberar o identificador depois de determinado período, permitindo que ele flutue até a superfície e estabeleça uma ligação de rádio com a EEI.

Atualização da órbita da EEI
Etapa 1: o identificador está no modo de economia de energia, aguardando a ativação do timer interno no momento em que é esperada a passagem da EEI. Etapa 2: depois de ativado, o identificador verifica em breves intervalos de tempo se o sinal de download da EEI está sendo recebido. Etapa 3: quando o sinal é recebido, o identificador extrai os dados atualizados das efemérides e os utiliza em conjunto com a própria posição do GPS para calcular o tempo da próxima janela de transmissão. Em seguida, se não houver nenhum registro de dados pendente, ele voltará ao modo de economia de energia.
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Cegonha para EEI: responda

A EEI atua como um coletor que recebe dados dos animais identificados quando passa sobre eles. A transmissão de dados para a EEI ocorre em períodos curtos. Os animais permanecem dentro do alcance do rádio por apenas 15 segundos por dia. Esses períodos precisam ser previstos com antecedência. Usando os dados das efemérides da EEI enviados a ela em intervalos regulares, o identificador calcula esses períodos e se prepara para a transmissão e recepção nos momentos determinados. Ele passa a maior parte do tempo no modo de economia de energia e só é ativado por um timer quando há dados a serem recebidos ou um contato via rádio é estabelecido de acordo com o programa.

Transmissão de dados do sensor
Etapa 1: quando o intervalo para uma possível transmissão para a EEI se aproxima, o identificador é ativado e sai do modo de economia de energia. O upload dos dados, que leva cerca de três segundos, é iniciado aleatoriamente dentro do breve intervalo de transmissão de aproximadamente 15 segundos, para que os identificadores nas adjacências não enviem informações simultaneamente. Etapa 2: após o upload dos dados, o identificador entra por um breve período no modo de recepção, caso haja algum comando de controle subsequente para o identificador. A EEI só envia esses comandos para um identificador quando sabe, por meio de um upload recebido recentemente, que ele se encontra dentro de alcance. Etapa 3: antes que o identificador volte para o modo de economia de energia, ele calcula o tempo do próximo contato. O timer é um dos principais componentes do identificador. Ele só ativa o identificador quando há algo a ser feito, o que significa que ele vai registrar dados do sensor ou se preparar para uma transmissão.
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Os dados a serem coletados e transmitidos e os intervalos de coleta e transmissão podem ser definidos individualmente para cada identificador. Como com qualquer objeto na Internet das coisas, o ICARUS permite lidar individualmente com cada animal na Internet dos animais. Para fins de simplificação e porque as comunidades animais que precisam ser identificadas normalmente são grandes, os identificadores podem ser organizados em grupos e abordados coletivamente.

O computador a bordo da EEI acumula os dados recebidos e envia conjuntos de dados agrupados para a estação terrestre do ICARUS, operada pela Roscosmos. A estação terrestre encaminha os dados para o centro de controle de operações na Alemanha, onde eles são carregados no banco de dados central, em www.movebank.org, que pode ser acessado mundialmente pela Internet.

O Prof. Dr. Martin Wikelski, Diretor do projeto ICARUS, pesquisa a movimentação dos morcegos frugívoros.
O Prof. Dr. Martin Wikelski, Diretor do projeto ICARUS, pesquisa a movimentação dos morcegos frugívoros.
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Altas expectativas, grande demanda

As oportunidades singulares de pesquisa que o ICARUS oferece aos biólogos levou cientistas do mundo todo a enviar centenas de consultas para o MPIAB. O MPIAB concederá aos candidatos aprovados o número necessário de identificadores e o uso exclusivo dos dados coletados por um período de três anos. Após esse prazo, os dados serão liberados para acesso geral. Evidentemente, o MPIAB tem os próprios projetos. Por exemplo, o projeto de pesquisa atual sobre melros-pretos será elevado para um novo nível com o ICARUS. Os morcegos frugívoros da África, que têm sido um dos focos de interesse há algum tempo por disseminarem sementes e servirem de “cães farejadores” de fontes de infecção por Ebola, podem ser precisamente rastreados graças ao ICARUS. Há um estudo em andamento na Sicília para verificar se os animais realmente apresentam um sexto sentido para catástrofes iminentes e conseguem perceber erupções vulcânicas (vulcão Etna) com antecedência. Nesse projeto, os sensores serão colocados em cabras montesas. O ICARUS dá asas à imaginação dos biólogos.

A operação deve ser regularizada até o quatro trimestre

As atividades de pesquisa já começaram

Como a estação remota da EEI não estava disponível a princípio, os identificadores foram testados em conjunto com rádios terrestres, também fabricados pela Rohde & Schwarz. Esse modo de operação é planejado como um modo alternativo. A vantagem dele é que podem ser atingidas velocidades de transmissão significativamente mais altas, e a transmissão de dados ocorre com muito mais frequência do que se a EEI estivesse transmitindo os identificadores. De uma maneira conveniente, os cientistas podem realizar observações em pequena escala, por exemplo, na área de reprodução de uma colônia de aves.

O primeiro teste de sistema programado com a EEI em julho de 2019 falhou devido a problemas de resfriamento no computador de bordo. Houve um atraso de alguns meses no projeto devido à falta de peças de reposição. O início da pandemia provocada pelo coronavírus contribuiu para ainda mais atrasos. Entretanto, foi possível realizar testes mais abrangentes em 2020 – e o sistema funcionou com distinção. Além disso, o desempenho do equipamento de rádio excedeu significativamente as expectativas. O primeiro projeto transcontinental de observação do comportamento migratório de melros e tordos está em andamento desde setembro de 2020. Enquanto o sistema ganha velocidade, o INRADIOS continua seu trabalho no desenvolvimento dos identificadores de rádio junto com o MPIAB. O objetivo é conseguir uma miniaturização ainda maior e, ao mesmo tempo, aumentar a vida útil da bateria. Quem sabe um dia os identificadores possam até vir a ser pequenos o suficiente para prendê-los a insetos.

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