ICARUS

L'internet des animaux prêt à décoller

juin 20, 2019

ICARUS, le projet ambitieux dédié à l'observation des animaux à grande échelle reposant sur la station spatiale internationale ISS est prêt à décoller.

Le projet de recherche de renommée mondiale est mené sous la direction de l'institut ornithologique Max Planck (MPIO) sur son site de Radolfzell au lac de Constance, en Allemagne, en association avec le centre aérospatial allemand (DLR) et Roscosmos, l'organisation spatiale de la Fédération Russe. Rohde & Schwarz apporte la technologie sans fil pour les émetteurs attachés sur les animaux.

Les merles font partie des animaux que l'institut Max Planck observera à l'aide d'ICARUS.
Les merles font partie des animaux que l'institut Max Planck observera à l'aide d'ICARUS.

Où volent-ils ?

L'équipement des animaux avec de petits émetteurs est possible depuis longtemps grâce à la miniaturisation de l'électronique et des capteurs. Cela permet une observation confortable du comportement animal sans être intrusif dans leur espace vital. Cependant, les émetteurs utilisés proposent une portée très limitée car ils utilisent la technologie des communications mobiles ou de simples radios analogiques. En revanche, le système d'observation spatial ICARUS propose une portée mondiale.

Il suit parfaitement les déplacements des oiseaux et d'autres animaux migrateurs avec une résolution élevée partout où ils vont, même sur divers continents. Bien que nous connaissions de nombreuses espèces migratoires et quelles sont leurs destinations, les chercheurs n'ont jusqu'à présent pas eu accès aux informations relatives à leurs trajets exacts, leurs comportements et les conditions environnementales auxquelles ils font face pendant leur voyage. ICARUS fournit des réponses pertinentes et actualisées à ces questions.

Mission ICARUS
Mission ICARUS : La technologie satellite au profit de la biologie.

La technologie satellite au profit de la biologie

La base du système ICARUS est la station spatiale internationale (ISS). Elle voyage sur une orbite quasiment circulaire. Ainsi, l'ISS couvre plus de 90 pourcent de la surface terrestre chaque jour. En raison de sa faible hauteur orbitale d'environ 400 km, elle est parfaitement accessible pour les émetteurs radio de faible puissance. Cela a donné aux partenaires du projet ICARUS l'idée d'utiliser l'ISS comme une station déportée pour l'observation des animaux.

Cependant, aucune technologie radio appropriée n'était disponible. INRADIOS, une petite société spécialisée en radio satellite et qui est désormais une filiale de Rohde & Schwarz, proposait de résoudre ce problème. En association avec le système d'observation global ICARUS (I-GOS) dérivé du MPIO, SpaceTech et DLR, INRADIOS a développé la technologie radio, les émetteurs animaux, le module de traitement du signal pour l'ISS et les stations terrestres pouvant recevoir les signaux à la place de l'ISS.

En plus de l'émetteur standard, des versions dédiées aux créatures marines et aux grands animaux seront disponibles.
L'émetteur animal (balise) a été développé en association avec l'Institut pour l'ornithologie Max Planck et I GOS. En plus de l'émetteur standard, des versions spéciales pour les créatures marines et les grands animaux tels que les éléphants seront disponibles.

Une balise pour chaque animal

L'émetteur animal (la balise) fabriquée par Rohde & Schwarz approche les limites de la miniaturisation. Elle est si compacte (2 cm²) et légère (< 5 g) que même de petits animaux peuvent aisément la transporter. Elle contient un processeur et une mémoire, un récepteur GPS, un module radio, une batterie rechargeable, une cellule solaire et plusieurs capteurs permettant d'enregistrer les données environnementales et de déplacement. Cela fournit les informations relatives aux endroits où les animaux sont et sur leurs déplacements, ainsi que sur les conditions environnementales telles que la température, l'humidité et la pression de l'air.

Une version maritime de la balise sera entre autre étanche, résistante à la pression et flottante, de sorte qu'elle puisse être placée sur des créatures marines. Sa fixation sera conçue pour détacher la balise après un certain temps, permettant ainsi à celle-ci de flotter à la surface et de configurer une liaison radio vers l'ISS. Des versions spéciales supplémentaires pour des espèces spécifiques sont dans les tuyaux.

Étape 1
Étape 1 - mise à jour de l'orbite de l'ISS : La balise est en mode économie d'énergie et attend que la minuterie interne la réveille à l'heure prévue de survol de l'ISS.
Étape 2
Étape 2 - mise à jour de l'orbite de l'ISS : Après s'être réveillée, la balise vérifie à de courts intervalles si le signal de téléchargement de l'ISS est reçu.
Étape 3
Étape 3 - mise à jour de l'orbite de l'ISS : lorsque le signal est reçu, la balise extrait les données horodatées et les couple avec sa propre position GPS pour calculer l'heure de la prochaine transmission. Puis elle repasse en mode d'économie d'énergie si aucun enregistrement de données n'est en attente.

Cigogne de l'ISS : veuillez répondre

L'ISS agit comme un récupérateur de données qui reçoit les données provenant des animaux cibles lorsqu'il les survole. La transmission de données vers l'ISS se déroule sur des créneaux temporels très étroits. Les animaux sont à portée radio pendant seulement 15 secondes par jour. Ces créneaux temporels doivent être précisément anticipés. En utilisant les données horodatées de l'ISS qui lui sont envoyés à intervalles réguliers, la balise calcule les créneaux temporels et se prépare à la transmission et à la réception aux moments opportuns. Elle passe la majeure partie de son temps en mode économie d'énergie et est uniquement réveillée par une minuterie lorsque les données vont être réceptionnées ou qu'un contact radio est établi en fonction du programme.

Étape 1
Étape 1 - Transmission des données du capteur : lorsque le créneau temporel pour une possible transmission vers l'ISS approche, la balise sort du mode économie d'énergie. Le téléchargement des données, qui prend environ 3 s, démarre aléatoirement dans le court créneau de transmission d'environ 15 s afin que les balises adjacentes n'émettent pas simultanément.
Étape 2
Étape 2 - Transmission des données du capteur : après le téléchargement des données, la balise passe brièvement en mode récepteur au cas où il y aurait des commandes de contrôle ultérieures pour la balise. L'ISS ne les envoi à une balise que lorsqu'elle sait, à partir d'un téléchargement reçu récemment, que la balise est à portée.
Étape 3
Étape 3 - Transmission des données du capteur : avant que la balise ne repasse en mode économie d'énergie, elle calcule l'heure du prochain contact. Le minuteur est l'un des principaux composants de la balise. Il réveille la balise uniquement lorsqu'il y a quelque chose à faire, à savoir enregistrer les données du capteur ou se tenir prêt à la transmission.

Les données à collecter et à transmettre, ainsi que les intervalles de collecte et de transmission, peuvent être définis individuellement pour chaque balise. Comme avec chaque objet dans l'internet des objets, ICARUS permet de s'adresser individuellement à chaque animal dans l'internet des animaux. Pour simplifier les choses et parce que, en règle générale, les grandes communautés animales doivent être équipées de balises, celles-ci peuvent être organisées en groupes et attribuées collectivement.

L'ordinateur embarqué de l'ISS accumule les données reçues et émet des ensembles groupés de données vers la station terrestre principale ICARUS utilisées par Roscosmos. La station terrestre sauvegarde les données et les transfère au centre opérationnel en Allemagne, où elles sont téléchargées vers la base de données centrale à www.movebank.org.

Le Prof. Dr. Martin Wikelski, Responsable du projet ICARUS, enquête sur les déplacements des chauves-souris frugivores.
Le Prof. Dr. Martin Wikelski, Responsable du projet ICARUS, enquête sur les déplacements des chauves-souris frugivores.
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Attentes élevées, demande importante

Les opportunités uniques de recherche qu'ICARUS propose aux biologistes ont mené des scientifiques du monde entier à soumettre plus de 300 demandes auprès du MPIO. Le MPIO donnera aux demandeurs approuvés le nombre de balises nécessaire et permettra l'utilisation exclusive des données collectées pour une période de trois ans, après lesquelles les données seront accessibles à tout le monde. Le MPIO a bien sûr ses propres projets. Par exemple, le projet actuel de recherche sur les merles sera élevé à un nouveau niveau avec ICARUS. Les chauves-souris frugivores en Afrique, qui ont été un sujet d'intérêt pendant un certain temps du fait qu'elles éparpillaient des graines et servaient de "chiens renifleurs" pour les sources d'infection Ebola, peuvent être suivies précisément grâce à ICARUS. En ignorant le "O" dans son nom, le MPIO étend encore plus ses recherches au-delà du monde des oiseaux et lance un troisième projet pour équiper les chèvres des montagnes avec des balises. ICARUS donne des ailes à l'imagination des biologistes.

Fonctionnement normal prévu pour le quatrième trimestre

Fonctionnement normal prévu pour le quatrième trimestre

Comme la station à distance ISS n'était pas disponible, les balises ont été testées avec des radios terrestres également fabriquées par Rohde & Schwarz. Ce mode de fonctionnement a été planifié comme une alternative. Il présente l'avantage d'atteindre des débits de données significativement supérieurs et que la transmission des données se produit plus souvent qu'avec le passage ISS au-dessus des balises. Les scientifiques peuvent aisément réaliser des observations à petite échelle, comme dans la zone de reproduction d'une colonie d'oiseaux. Un test système, incluant un test du système embarqué ISS, a été lancé en juillet. La première tentative de mise sous tension du système le 10 juillet a échoué, en raison de problèmes de refroidissement de l'ordinateur embarqué, ce qui devrait bientôt être résolu. Si tout se passe bien, le fonctionnement scientifique normal commencera d'ici la fin de l'année.

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