ICARUS vuela

ICARUS vuela

Seguimiento de animales desde el espacio

© alexdrone–stock.adobe.com

El proyecto apoyado por la ISS para la investigación del comportamiento migratorio de diversas especies animales ha emprendido el vuelo. Para la transferencia de datos se utiliza la tecnología de radiotransmisión de Rohde & Schwarz.

Los participantes en el proyecto tuvieron que superar muchas dificultades antes de poder celebrar la puesta en marcha definitiva de ICARUS. El profesor Martin Wikelski, director del Instituto Max Planck de estudios del comportamiento animal de Radolfzell (Alemania), así como iniciador y cerebro detrás de este proyecto, tuvo la idea de observar a los animales desde el espacio hace ya 20 años. Desde entonces, ha dedicado todo su afán a convertir en realidad este planteamiento, superando innumerables contratiempos que pusieron a prueba su tolerancia a la frustración. El propio nombre del proyecto denota el humor negro de Wikelski: la NASA, que no manifestó interés alguno, vaticinó que el proyecto jamás alcanzaría el vuelo —como le sucedió al mitológico Ícaro, condenado por su ambición de volar demasiado alto. Tampoco la Agencia Espacial Europea (ESA) se mostró dispuesta a apoyar el proyecto. Sin embargo, gracias a Roskosmos, la agencia espacial rusa (uno de los principales promotores de la ISS) y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), este Ícaro moderno consiguió al fin conquistar las alturas. El nombre ICARUS se transformó en un acrónimo digno de un proyecto de gran trascendencia: International Cooperation for Animal Research Using Space.

De la utopía a la realidad

Indudablemente, la idea original era arriesgada y, desde la perspectiva actual, impracticable con la tecnología disponible en los primeros años de la década de los 2000. La fantasía de que miles de ordenadores en miniatura alimentados por energía solar, equipados con incontables sensores y módulos de radio, fueran capaces de comunicarse de forma autónoma con el espacio desde todo el mundo y formaran así una especie de «internet de los animales» bien podría haber sido el argumento para un superventas de ciencia ficción.

Sin embargo, gracias a los rápidos avances en la miniaturización de la electrónica y los sensores, así como en la tecnología de baterías y celdas solares, esta utopía pudo hacerse realidad en los últimos años. INRADIOS, una pequeña empresa emergente de reciente creación especializada en comunicaciones por satélite formada por investigadores postdoctorados de la universidad de Dresde, recibió el comprometido encargo de diseñar la tecnología de radio para el proyecto. Para ello contaron con el apoyo de expertos en tecnología espacial de la compañía SpaceTech y de la DLR. INRADIOS, que entretanto pertenece al grupo Rohde & Schwarz, continúa desarrollando la tecnología para ICARUS en estrecha colaboración con el Instituto Max Planck (MPIAB). Rohde & Schwarz está a cargo de la producción de los equipos de radio.

La etiqueta ICARUS apenas supera el tamaño de una moneda de un céntimo de euro. Para la lectura completa de su memoria de datos se requiere un dispositivo de radio portátil especial, a través del cual se emite una orden para activar en las etiquetas situadas en un radio de pocos kilómetros la transmisión de sus datos. El dispositivo de radio transfiere los datos por WLAN a un smartphone o a una tablet, desde los que se controla la operación.

Observación cercana de los animales

La condición más importante para que un transmisor (etiqueta) sea viable para la aplicación con animales es que las especies observadas puedan llevarlo. Según las recomendaciones de las comisiones éticas, la etiqueta no debería exceder un 3 % del peso del animal para no afectar a su comportamiento o, lo que sería aún peor, ponerlos en peligro. Puesto que también estaba previsto dotar a animales de pequeño tamaño de etiquetas, los límites máximos de tamaño y peso eran sumamente rigurosos. Los rastreadores basados en radios móviles o analógicas habituales por aquel entonces no eran aptos para animales por debajo de 1 kg, de modo que el 75 % de todas las especies de aves y mamíferos quedaban excluidas del estudio. El MPIAB adoptó como animal de referencia el mirlo, ya que la investigación llevaba ya algún tiempo centrada en la observación de este pájaro cantor. Los prototipos de la etiqueta ICARUS se probaron preferentemente en estas aves aparentemente corrientes, pero cuyo comportamiento migratorio todavía plantea incógnitas que solo pueden resolverse mediante una vigilancia permanente. Con un peso de 4,5 g, la variante más ligera de la etiqueta es apenas tolerable para los mirlos, y esto limitando su uso a machos adultos. Para todas las demás especies candidatas a portar un transmisor según los planes actuales de ICARUS, las recomendaciones se cumplen holgadamente.

Observación desde pequeña escala hasta de largo alcance: Las migraciones de los animales se pueden rastrear a lo largo de cualquier ruta, tal y como demuestra este ejemplo de Polinesia.

Observación desde pequeña escala hasta de largo alcance: Las migraciones de los animales se pueden rastrear a lo largo de cualquier ruta, tal y como demuestra este ejemplo de Polinesia.

Además de las tecnologías de radiotransmisión y localización, las etiquetas incluyen diversos sensores y suficiente memoria para guardar los datos de movimiento y del entorno que un ejemplar recopila durante toda su vida (véase el recuadro en la página siguiente). Por cada sobrevuelo, que por regla general tiene lugar a diario y en latitudes más elevadas en lapsos de tres días, se transmiten hasta 20 conjuntos de datos de posición. Este límite se debe al breve intervalo de contacto, de solo 15 segundos (de los que 3 se utilizan para la transmisión) y al escaso ancho de banda del enlace radioeléctrico. El hecho de que una radio en miniatura con una potencia de transmisión de solo seis milivatios pueda comunicarse con un satélite es de por sí toda una proeza, que solo es posible gracias a las grandes antenas de alto rendimiento de la ISS y a la sofisticada tecnología de radiotransmisión.

Las etiquetas calculan a partir de los datos de efemérides que transfiere regularmente la ISS y de su propia posición cuándo se producirá el siguiente contacto, momento en el que estarán preparadas para recibir y transmitir, mientras que el resto del tiempo generalmente permanecen en modo de espera para ahorrar de energía. Sobre la base de los datos de seguimiento transmitidos regularmente y recopilados en la base de datos movebank.org, los investigadores han podido extraer ya conclusiones de alto interés (figs. 2 y 3). No obstante, para hacer acopio de toda la riqueza de datos que entrañan las etiquetas, incluidos los datos medioambientales, se necesita otro componente. Las aves migratorias no están permanentemente en movimiento, sino que pasan largos periodos en sus hábitats de resguardo invernales y estivales. En la mayoría de las demás especies, el radio de desplazamientos es identificable. Así, los biólogos pueden acercarse a sus refugios y establecer el contacto con sus equipos de radio portátiles ICARUS. En tierra puede establecerse un enlace estable y mucho más rápido que abarca una distancia de hasta varios kilómetros, lo que permite realizar la lectura de la memoria de la etiqueta sin presión de tiempo.

En todo el mundo quedan solo 50 000 especímenes de la aguja de Hudson. Esta ave vuela sin descanso desde Chile hasta América del Norte durante una semana, para continuar después rumbo a Canadá. ICARUS aporta datos detallados sobre sus rutas migratorias y zonas de descanso. En el proyecto participan biólogos chilenos.

En todo el mundo quedan solo 50 000 especímenes de la aguja de Hudson. Esta ave vuela sin descanso desde Chile hasta América del Norte durante una semana, para continuar después rumbo a Canadá. ICARUS aporta datos detallados sobre sus rutas migratorias y zonas de descanso. En el proyecto participan biólogos chilenos.

Gracias a la combinación de diferentes tipos de datos de sensores con información precisa de la ubicación, los investigadores pueden extraer conclusiones desde una perspectiva totalmente nueva sobre las condiciones de vida y el comportamiento de los animales, especialmente si se incluyen datos meteorológicos y medioambientales externos. Así, si en un momento llegaran a surcar el cielo miles de «aves ICARUS», podrían utilizarse como drones meteorológicos y aportar datos a un sistema global de monitorización del tiempo. Pero para ello sería necesario actualizar la tecnología de transmisión y harían falta más satélites en órbita. Esta es, precisamente, la visión que persigue Wikelski. El funcionamiento de la ISS solo está asegurado hasta 2025. Si los países involucrados no llegan a un acuerdo para su continuación, sería imaginable que satélites autónomos de ICARUS asumieran el papel de la ISS. Indudablemente, su financiación es todo un desafío, pero el MPIAB no contempla claudicar teniendo en cuenta los muchos otros obstáculos que ha logrado superar hasta hoy.

Equilibrio de intereses

Las etiquetas están diseñadas para brindar una gran durabilidad, puesto que deben funcionar durante toda la vida de un animal e incluso perdurar para su posterior reutilización. En principio, esta es una característica deseable, pero que puede convertirse en un problema si la etiqueta se pierde en la naturaleza una vez que el animal muere. Los componentes electrónicos no se descomponen. Por ello, se han incorporado mecanismos que facilitan la localización y recolección de las etiquetas usadas. Cuando una etiqueta deja de moverse, su posición GPS se mantiene estática. A través del dispositivo de radio portátil se puede activar en la etiqueta un modo ping haciendo que funcione como radiofaro, lo que permite ubicarla de forma aproximativa con la radio. La etiqueta emite además una alerta de su presencia mediante un LED intermitente. En caso de que una persona ajena encuentre la etiqueta, en la parte posterior se indica una dirección de contacto. Con estas medidas, el MPIAB confía en recuperar la mayoría de las etiquetas desprendidas de sus portadores. El instituto está dedicando especial atención a esta cuestión. En definitiva, los científicos están consagrados a la protección de los ecosistemas y su defensa forma parte de su código profesional. Si el proyecto ICARUS alcanzara nuevas magnitudes, resultaría ineludible reevaluar el proyecto en términos de sostenibilidad. La electrónica orgánica está todavía muy lejos de la madurez comercial. Pero tal vez los desarrolladores encuentren nuevos caminos. Por el momento, lo importante es alcanzar la velocidad de crucero con el recién estrenado proyecto ICARUS y aprovechar todo el potencial para el fin para el que ha sido desarrollado.

Datos del transmisor (etiqueta)

  • Peso: < 5 g, según el tamaño de la batería
  • Longitud de la antena: 20 cm (radio) y 7,5 cm (GNSS)
  • Sensores: de campo magnético, de aceleración, de temperatura, de humedad, de presión
  • Memoria de datos: 512 Mbytes
  • Capacidad de la batería: 70 / 60 / 45 mAh
  • Celda solar de GaAs (la tecnología de mayor rendimiento en la actualidad)
  • Potencia de transmisión: 6 mW
  • Frecuencia de transmisión: 402,25 MHz, 1,1 MHz de ancho de banda
  • Frecuencia de recepción: 468,1 MHz
  • Conjunto de datos transmitidos: 223 bytes por cada contacto con la ISS

Algunos de los proyectos ICARUS en curso y planificados

Migración global de pájaros cantores: Millones de aves migran entre continentes dos veces al año. Las aves cantoras tienen gran importancia para el ecosistema, pero sus poblaciones se han reducido en los últimos 20 años en un 30 %. Todavía no se sabe cómo es posible protegerlas, por ello se intenta averiguar más detalles sobre sus condiciones de vida.

Entender los años perdidos: La etapa más difícil para la mayoría de los animales es cuando abandonan su lugar de nacimiento. En muchas especies, las crías desaparecen durante años de las pantallas de radar de los biólogos. Con ICARUS se pretende cerrar esta brecha de conocimientos. La atención se centra en los mamíferos, así como en tortugas y aves marinas.

Animales que protegen a animales: Los rangers cumplen una importante función manteniendo alejados a los cazadores furtivos, pero no pueden estar siempre en todas partes. Sin embargo, los animales sí. Según su comportamiento colectivo puede derivarse la presencia de depredadores o cazadores furtivos, lo que permite a los guardas intervenir de forma selectiva.

Trashumancia de comunidades humanas y animales: Desde la antigüedad, los humanos se desplazan con sus ganados. Este nomadismo conjunto todavía se observa en algunas regiones lejanas. ¿Quién dirige a quién y quién aprende de quién? Los investigadores estudian estos aspectos en Bután (Himalaya), la región sur del Sahel, Bolivia y el Ártico alto.

Predicción de pandemias: El hábitat de muchos animales se ve cada vez más restringido, lo que incrementa la frecuencia y la intensidad del contacto entre los humanos y los animales salvajes. Esto aumenta la posibilidad de transmisión de agentes patógenos. Se sospecha que también el COVID-19 ha surgido entre la población humana de esta forma. Entre los «habituales sospechosos» del reino animal figuran los murciélagos, si bien se consideran meros intermediarios. Con ICARUS se pretende identificar a los portadores originales de las enfermedades.

Migra de aves costeras y marinas: Muchas aves costeras tienden un puente entre los hemisferios de la tierra. Durante sus largos viajes, necesitan recuperar fuerzas en refugios de la costa, que, sin embargo, son cada vez más escasos por la omnipresencia humana. ¿Dónde deberían establecerse áreas protegidas? Las aves marinas pertenecen a las especies más enigmáticas. ¿Qué regiones marítimas prefieren? ¿Cómo navegan? ¿Cómo duermen? Las aves marinas son también buenas vigilantes de fenómenos climáticos como El Niño. Pueden medir continuamente los vientos, la salinidad y las corrientes oceánicas y aportar información sobre dónde se está formando el siguiente tifón o huracán.

Prof. Dr. Martin Wikelski

«Para nosotros, los investigadores, están en primer plano los hallazgos nuevos y más emocionantes. Tras el gran éxito técnico de ICARUS, comenzamos inmediatamente a trabajar con nuestros socios rusos e internacionales para dotar en todo el mundo a animales con transmisores e implantar las etiquetas ICARUS. Cada día es importante para nosotros».

Prof. Dr. Martin Wikelski