ICARUS

El Internet de los animales listo para el despegue

jun. 20, 2019

ICARUS, el ambicioso proyecto de observación a gran escala de animales basado en la estación espacial internacional (ISS), está listo para el despegue.

Este proyecto de investigación conocido globalmente se está llevando a cabo con el liderazgo del Instituto Max Planck de Ornitología (MPIO) en sus instalaciones de Radolfzell en el lago Constanza, Alemania, en cooperación con el Centro Aeroespacial Alemán (DLR) y Roscosmos, la organización espacial de la Federación Rusa. Rohde & Schwarz contribuye con la tecnología inalámbrica de los transmisores fijados en los animales.

Los mirlos son algunos de los animales que el Instituto Max Planck observará con la ayuda de ICARUS.
Los mirlos son algunos de los animales que el Instituto Max Planck observará con la ayuda de ICARUS.

¿Adónde vuelan?

Equipar animales con pequeños transmisores ha sido posible desde hace tiempo gracias a la miniaturización de sistemas electrónicos y sensores. Esto permite observar cómodamente el comportamiento del animal sin invadir su espacio vital. No obstante, los transmisores utilizados ofrecían un alcance muy limitado porque empleaban tecnología de comunicaciones móviles o métodos sencillos de radio analógica. En contraste, el sistema ICARUS de observación con base espacial tiene alcance global.

Permite seguir sin ningún problema los desplazamientos de aves y otros animales migratorios con gran resolución dondequiera que vayan, incluso cruzando continentes. Aunque conocemos el número de especies que migran y cuáles son sus destinos, los investigadores no tenían hasta ahora acceso a información sobre sus rutas exactas, su comportamiento y las condiciones medioambientales que afrontaban durante sus desplazamientos. ICARUS ofrece respuestas elegantes y actualizadas a estas preguntas.

Mission ICARUS
Misión ICARUS: tecnología satelital en beneficio de la biología.

Tecnología satelital en beneficio de la biología

El concentrador del sistema ICARUS es la estación espacial internacional (ISS). Se desplaza en una órbita prácticamente circular. De este modo, la ISS pasa cada día por encima de algo más del 90 por ciento de la superficie terrestre. Gracias a su escasa altura orbital de apenas 400 km, resulta muy accesible para los transmisores de radio de poca potencia. Esto hizo plantearse a los socios del proyecto ICARUS la idea de utilizar la ISS como estación remota para observar a los animales.

No obstante, la tecnología de radio adecuada no estaba aún disponible. INRADIOS, una pequeña empresa especializada en radio satelital y ahora subsidiaria de Rohde & Schwarz, se ofreció a solucionar este problema. Junto con la derivada de MPIO ICARUS Global Observation System (I-GOS), SpaceTech y DLR, INRADIOS desarrolló la tecnología de radio, los transmisores para los animales, el módulo de procesamiento de señales para la ISS y las estaciones terrestres que pueden recibir las señales en lugar de la ISS.

Además del transmisor estándar se están desarrollando versiones para criaturas marinas y animales de gran tamaño.
El transmisor para los animales (etiqueta) fue desarrollado en cooperación con el Instituto Max Planck de Ornitología e I GOS. Además del transmisor estándar se están desarrollando versiones especiales para criaturas marinas y animales de gran tamaño como elefantes.

Una etiqueta para cada animal

El transmisor para los animales (etiqueta) fabricado por Rohde & Schwarz roza los límites de la miniaturización. Es tan compacto (2 cm²) y ligero (< 5 g) que incluso los animales pequeños pueden portarlo con facilidad. Contiene un procesador y memoria, un receptor GPS, un módulo de radio, una batería recargable, una célula solar y varios sensores para captar datos medioambientales y de movimiento. Esto ofrece información sobre dónde están los animales y sobre sus movimientos, y sobre condiciones medioambientales como temperatura, humedad y presión del aire.

La versión marítima de la etiqueta será además impermeable, resistente a la compresión y flotante para poder colocarla en animales marinos. Su sujeción se diseñará para que la etiqueta se libere después de un cierto tiempo y para que permita que flote en la superficie y establezca una conexión de radio con la ISS. También están previstas otras versiones especiales para especies concretas.

Paso 1
Paso 1, actualización de órbita de la ISS: la etiqueta está en modo de inactividad y ahorro de energía, a la espera de que el temporizador interno la active en el momento esperado de sobrevuelo de la ISS.
Paso 2
Paso 2, actualización de órbita de la ISS: tras la activación, la etiqueta comprueba a intervalos cortos si se recibe la señal de descarga de la ISS.
Paso 3
Paso 3, actualización de órbita de la ISS: cuando se recibe la señal, la etiqueta extrae los datos actuales de efemérides y los utiliza junto con su propia posición GPS para calcular la hora de la siguiente franja de transmisión. Después vuelve al modo de inactividad si no tiene pendiente registrar datos.

Cigüeña a ISS: responda

La ISS actúa como colector de datos y recibe los datos de los animales etiquetados cuando pasa por encima de ellos. La transmisión de datos a la ISS se produce en intervalos de tiempo muy breves. Los animales están dentro del alcance de radio durante solo 15 segundos al día. Estos intervalos de tiempo se deben anticipar con precisión. Utilizando los datos de efemérides que la ISS le envía de forma regular, la etiqueta calcula los intervalos de tiempo y se prepara para transmitir y recibir en el momento justo. Pasa la mayor parte del tiempo en modo de inactividad y baja energía, y solo se activa mediante un temporizador cuando es necesario recibir datos o establecer contacto por radio según el programa.

Paso 1
Paso 1, transmisión de datos de sensores: cuando se aproxima el intervalo de tiempo para una posible transmisión hacia la ISS, la etiqueta sale del modo de inactividad. El envío de datos, que tarda unos 3 s, se inicia de forma aleatoria dentro del breve intervalo de transmisión de aprox. 15 s de manera que las etiquetas adyacentes no realicen el envío al mismo tiempo.
Paso 2
Paso 2, transmisión de datos de sensores: tras el envío de datos, la etiqueta entra unos instantes en modo de recepción por si hubiera alguna orden de control posterior para la etiqueta. La ISS solo envía datos a la etiqueta cuando sabe por una transmisión reciente que la etiqueta se encuentra dentro del alcance.
Paso 3
Paso 3, transmisión de datos de sensores: antes de que la etiqueta vuelva al modo de inactividad, calcula la hora del siguiente contacto. El temporizador es uno de los componentes clave de la etiqueta. Es lo que permite activar la etiqueta solo cuando hay algo que hacer, es decir, registrar datos de los sensores o prepararse para una transmisión.

Los datos que se van a recopilar y transmitir, y los intervalos de recogida y transmisión se pueden definir de forma individual para cada etiqueta. Como con todos los objetos del Internet de las cosas, ICARUS permite dirigirse de forma individual a cada animal en el Internet de los animales. Para simplificar las cosas y porque, como norma, es necesario etiquetar grandes comunidades de animales, es posible organizar las etiquetas en grupos y dirigirse a ellas de forma colectiva.

El ordenador a bordo de la ISS acumula los datos recibidos y envía conjuntos de datos combinados hacia la estación terrestre principal de ICARUS que está gestionada por Roscosmos. La estación terrestre almacena los datos y los reenvía al centro de control de operaciones en Alemania, desde donde se envían a la base de datos central en www.movebank.org.

Prof. Dr. Martin Wikelski, director del proyecto ICARUS, que investiga los desplazamientos de murciélagos frugívoros.
Prof. Dr. Martin Wikelski, director del proyecto ICARUS, que investiga los desplazamientos de murciélagos frugívoros.
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Grandes expectativas, fuerte demanda

La singular oportunidad de investigación que ICARUS presenta para los biólogos ha generado más de 300 solicitudes de científicos de todo el mundo presentadas al MPIO. El MPIO entregará a los solicitantes aprobados el número necesario de etiquetas y el uso exclusivo de los datos recopilados durante un periodo de tres años, tras el cual los datos pasarán a ser de acceso general. Naturalmente, el MPIO gestiona también algunos proyectos propios. Por ejemplo, el actual proyecto de investigación sobre los mirlos pasará a un nuevo nivel con ICARUS. Los murciélagos frugívoros en África, que han recibido bastante atención durante un tiempo porque distribuyen semillas y sirven como «perros rastreadores» para fuentes de infección de ébola, se pueden seguir con precisión gracias a ICARUS. Ignorando la "O" de su nombre, el MPIO está ampliando sus investigaciones más allá del mundo de las aves y tiene un tercer proyecto para equipar cabras montesas alpinas con etiquetas. ICARUS da alas a la imaginación de los biólogos.

Servicio regular previsto para el cuarto trimestre

Servicio regular previsto para el cuarto trimestre

Puesto que al principio no estaba disponible la estación remota ISS, las etiquetas se probaron en combinación con radios terrestres, también de Rohde & Schwarz. Este modo de operación está planificado también como alternativa. Su ventaja consiste en que permite alcanzar velocidades de datos considerablemente mayores y la transmisión de datos se realiza con mucha más frecuencia que con el registro de las etiquetas a través de la ISS. Los científicos pueden llevar a cabo cómodamente observaciones a pequeña escala, p. ej. en el área de cría de una colonia de aves. En julio se pondrá en marcha una prueba del sistema que incluirá una evaluación del sistema de a bordo de la ISS. El primer intento de conexión del sistema realizado el 10 de julio fracasó por problemas de refrigeración en el ordenador de a bordo, si bien se resolverán a la mayor brevedad. Si todo funciona según lo previsto, el funcionamiento regular para la comunidad científica podrá comenzar a finales de año.

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