ICARUS alza el vuelo

Monitoreo animal desde el espacio

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El proyecto basado en la Estación Espacial Internacional (EEI) para investigar el comportamiento de migración de una variedad de especies de animales ha empezado sus operaciones. La tecnología de radiotransmisión de Rohde & Schwarz se utiliza para la transferencia de datos.

Los participantes del proyecto han superado muchos obstáculos antes de que pudieran celebrar el inicio de las operaciones regulares de ICARUS. Como director en el Instituto Max Planck de Comportamiento Animal en Radolfzell, Alemania, el profesor Martin Wikelski es el iniciador y el cerebro detrás de este proyecto. La idea de observar animales desde el espacio le vino a la mente hace unos 20 años. Desde entonces ha trabajado de manera diligente para que este concepto rinda frutos. Los frecuentes reveces probaron su tolerancia a la frustración. Incluso el nombre del proyecto es testimonio del humor sombrío de Wikelski: la desinteresada NASA predijo que el proyecto nunca volaría, tal como el mitológico Icarus estaba condenado por sus pretenciosas ambiciones. La ESA europea, también declinó apoyar el proyecto. Sin embargo, gracias a la agencia espacial rusa Roskosmos (una de las principales operadoras de la EEI) y el Centro Aeroespacial Alemán (DLR), este moderno ICARUS fue finalmente capaz de elevarse al cielo. El nombre se transformó en un acrónimo que encaja con este serio proyecto: Cooperación Internacional para la Investigación Animal Utilizando el Espacio.

De la utopía a la realidad

Por supuesto, la idea original era atrevida y, desde nuestra perspectiva actual, inviable mediante la utilización de la tecnología de principios de la década de 2000. Era algo para enorgullecer a un escritor de ciencia ficción: la idea de que miles de diminutas computadoras alimentadas con energía solar y cargadas con sensores y módulos radiotransmisores, pudieran comunicarse de manera autónoma con un satélite en el espacio desde cualquier lugar de la tierra y dar forma un «internet de los animales».

Sin embargo, los rápidos avances en la miniaturización de componentes electrónicos y sensores, así como también de baterías y celdas solares fue suficiente para hacer realidad esta utopía en estos últimos años. INRADIOS, una pequeña empresa emergente especializada en comunicaciones por satélites que acababa de ser fundada por investigadores posdoctorales en Dresde, recibió el desafío de diseñar los radiotransmisores para el proyecto. Contaron con el apoyo de expertos en el campo de la tecnología espacial: la empresa SpaceTech y el Centro Alemán de InvestigacionesAeroespaciales (DLR). Ahora miembro del grupo Rohde & Schwarz, INRADIOS está trabajando para desarrollar aún más la tecnología ICARUS en estrecha cooperación con el Instituto Max Planck (MPIAB). Rohde & Schwarz es responsable de la fabricación de los radiotransmisores.

La placa transmisora ICARUS es apenas más grande que una moneda de un céntimo de euro. Un radio portátil especial se necesita para leer completamente la memoria de datos. Este radio puede utilizarse para controlar las placas dentro de un radio de unos pocos kilómetros para transmitir sus datos. También reenvía los datos vía WLAN a un smartphone o tablet que se utiliza para el funcionamiento propiamente dicho.

Vigilando de cerca a los animales

La condición más importante para que un transmisor (placa) sea viable es que la especie que se está estudiando pueda llevarla. Como recomiendan los comités de ética, la placa no debe exceder el 3 % del peso corporal del animal para no influir en el comportamiento del mismo o incluso ponerlo en peligro. También se planeó colocar placas a pequeños animales, pero los límites máximos para el tamaño y peso fueron muy difíciles de cumplir. Los rastreadores basados en radiocomunicación móvil o analógica, considerados convencionales en ese momento, fueron descartados para animales de menos de 1 kg de peso, lo que significaba que el 75 % de todas las especies de aves y mamíferos no se podían estudiar. El MPIAB eligió al mirlo como un animal de referencia debido al enfoque a largo plazo del programa de observación de este pájaro cantor. Prototipos de placas ICARUS se probaron preferentemente en estas aves aparentemente familiares, pero cuyo comportamiento migratorio aún genera interrogantes que solo podrían resolverse mediante un monitoreo continuo. Con un peso de 4.5 g, la versión más liviana de la placa es lo suficientemente ligera para el mirlo, si se asume que su uso se limita a especímenes machos adultos. Para todas las demás especies que deben equiparse con un transmisor según los planes actuales de ICARUS, la recomendación se cumple fácilmente.

Pequeña o gran escala: las migraciones de animales pueden rastrearse a través de cualquier ruta, como por ejemplo desde Polinesia.

Además de la tecnología de radiocomunicación y localización, las placas contienen múltiples sensores, así como también suficiente memoria para almacenar datos de desplazamiento y ambientales de un solo animal durante toda su vida (vea el recuadro en la siguiente página). Hasta 20 conjuntos de datos de posición se transmiten a la EEI durante cada sobrevuelo, lo cual generalmente sucede a diario, pero puede darse cada tres días en latitudes más altas. La cantidad limitada de datos se debe al breve contacto de sólo 15 segundos (de los cuales se utilizan 3 segundos para la transmisión) y el bajo ancho de banda de radioenlace. El hecho de que un radiotransmisor en miniatura con solo seis milivatios de potencia de transmisión pueda comunicarse con un satélite es en sí ya extraordinario. Esto es posible gracias a las grandes antenas de la EEI de alto rendimiento, así como también a la sofisticada tecnología de radiocomunicación.

Las placas utilizan datos de efemérides de la EEI transmitidos de manera regular junto con su propia posición para calcular el próximo contacto. Se preparan para recibir y transmitir durante el intervalo calculado, pero en su mayoría permanecen en modo de espera para ahorrar energía. Basándose en los datos de monitoreo transmitidos de manera regular y que se recopilan en la base de datos de movebank.org, los investigadores ya han obtenido información valiosa (figuras 2 y 3). Sin embargo, otro componente se necesita para acceder a todo el tesoro de datos acumulado por las placas, entre los que figuran los datos ambientales. Las aves migratorias no se desplazan de manera constante. En lugar de eso permanecen por largos periodos en sus hábitats de invierno y verano. Para la mayoría de las otras especies, el radio de movimiento es claro. Esto permite a los biólogos acceder a sus hábitats y establecer contacto mediante un radio portátil ICARUS. En tierra se puede establecer un radioenlace estable y mucho más rápido que cubre una distancia de hasta pocos kilómetros, lo que permite una lectura conveniente de la memoria de la placa sin la presión del tiempo.

Aproximadamente solo existen 50 000 especímenes de la especie Limosa Haemastica en el mundo. Estas aves vuelan sin escalas desde Chile hasta Norte América durante una semana antes de viajar en dirección a Canadá. ICARUS está proporcionando datos detallados sobre sus rutas de migración y áreas de descanso. El proyecto cuenta con el apoyo de biólogos chilenos.

Al combinarse varios tipos de datos de sensores con información de posición precisa, los investigadores están obteniendo información completamente nueva sobre las condiciones de vida y el comportamiento de los animales, en especial si se puede incluir datos meteorológicos y medioambientales. Una vez que miles de «aves ICARUS» estén volando, podrían utilizarse como drones meteorológicos para alimentar con datos un sistema de monitoreo del clima global. Sin embargo, esto necesitaría una actualización del método de transmisión y satélites adicionales en la órbita. No obstante, esta es la visión a la que Wikelski apunta. La operación de la EEI solo está garantizada hasta el 2025. Si los países responsables de sus operaciones no pueden ponerse de acuerdo sobre su continuación, también podría ser posible que los satélites ICARUS autónomos tomen el lugar de la EEI. Aunque el financiamiento es obviamente un desafío, el MPIAB rehúsa desanimarse, en especial porque otros obstáculos de este proyecto ya fueron superados.

Equilibrando los diferentes intereses

Las placas se diseñan para una vida útil prolongada y se espera que funcionen a lo largo de todo el ciclo de vida del animal e incluso permitan su reutilización. En principio, esta es una característica que se desea conseguir. Sin embargo, puede volverse un problema si la placa permanece en la naturaleza después de la muerte del animal. Los componentes electrónicos no se deterioran. Por eso se implementaron mecanismos para hacer más fácil la búsqueda y recolección de las placas utilizadas. Una vez que una placa deja de moverse, su posición GPS se vuelve estable. El radio portátil puede utilizarse para cambiar la placa a modo «ping» para que funcione como radiobaliza. Entonces, la ubicación aproximada de esta puede determinarse con el radio. Además, la placa atrae la atención a sí misma con un LED parpadeante. Si una tercera persona encuentra primero la placa, se proporciona una dirección de contacto en la parte posterior de la misma. Con estas medidas se espera que la mayoría de las placas utilizadas se devuelvan al MPIAB. El instituto está prestando mucha atención a este problema. Sus científicos creen en la protección de los ecosistemas del mundo y también es nuestra obligación profesional. Si el proyecto ICARUS sigue creciendo exponencialmente, será esencial revaluarlo con relación a los problemas de sostenibilidad. Los componentes electrónicos orgánicos aún están lejos de su implementación comercial. Sin embargo, los desarrolladores pueden concebir algunas otras ideas. Ahora que ICARUS se ha elevado a los cielos, es cuestión de que se actualice el sistema y se lo utilice al máximo para el propósito previsto.

Transmisor del animal (placa)

Peso: < 5 g, dependiendo del tamaño de la batería
Longitud de antena: 20 cm (radio) y 7.5 cm (GNSS)
Sensores: campo magnético, aceleración, temperatura, humedad, presión
Datos de memoria: 512 MB
Capacidad de la batería: 70 / 60 / 45 mAh
Celda solar de GaAs (tecnología de más alto rendimiento en estos momentos)
Potencia de transmisión: 6 mW
Frecuencia de transmisión: 402.25 MHz, ancho de banda de 1.1 MHz
Frecuencia de recepción: 468.1 MHz
Conjunto de datos transmitidos: 223 bytes/contacto de la EEI

Migración global de aves cantoras: miles de millones de aves cantoras migran entre continentes dos veces al año. Las aves cantoras son valiosas para el ecosistema, pero su número ha disminuido en un 30 % en los últimos 20 años. No está claro cómo pueden protegerse, por esta razón es interesante aprender más sobre sus condiciones de vida.

Entender los años perdidos: el momento más difícil para la mayoría de los animales llega cuando dejan su lugar de nacimiento. Los animales jóvenes de muchas especies desaparecen de las pantallas de radar de los biólogos durante años. ICARUS debería aportar información para cerrar esta brecha de conocimiento. La atención se centra en los mamíferos, así como también en las tortugas y las aves marinas.

Animales protegiendo animales: los guardabosques son importantes para la protección de los animales salvajes, ya que pueden mantenerlos a salvo de los cazadores furtivos. Aunque ellos no pueden estar de manera simultánea en todas partes, los animales sí. Basándose en su comportamiento colectivo, es posible sacar conclusiones sobre la presencia de depredadores o cazadores furtivos, lo que permite a los guardabosques desplegarse según sea necesario.

Desplazamiento de comunidades humanas/animales: desde inicios de la historia, los seres humanos han viajado con cierto tipo de ganado. Estas migraciones conjuntas aún se pueden observar en algunos lugares muy alejados. ¿Exactamente quién está liderando y quién está aprendiendo de quién? Los investigadores están preparándose para estudiar estos temas en Bhutan (Himalaya), la región meridional del Sahel, Bolivia y el Alto Ártico.

Predicción pandémica: dado que se está invadiendo cada vez más el hábitat de muchos animales, tanto la frecuencia como la intensidad de contactos entre las personas y la vida silvestre está aumentando. Como resultado, los patógenos pueden cruzar especies. Se sospecha que el COVID-19 se introdujo en la población humana de esta manera. En el reino animal, entre los más sospechosos figuran los murciélagos. Sin embargo, ellos son solo un intermediario. ICARUS debería ayudar a identificar las fuentes originales de las enfermedades.

Desplazamiento de aves limícolas y marinas: muchas aves limícolas sirven como un enlace entre los hemisferios terrestres. Durante sus largos viajes, ellas cuentan con las regiones costeras para alimentarse. Sin embargo, las regiones adecuadas están volviéndose cada vez más escasas debido a la presencia humana. ¿Dónde deben establecerse zonas protegidas? Las aves marinas están entre las especies más desconcertantes. ¿Qué regiones marinas prefieren? ¿Cómo navegan? ¿Cómo duermen? Las aves marinas son también de gran utilidad para monitorear los fenómenos climáticos como El Niño. Ellas pueden medir de manera continua los vientos, la salinidad y las corrientes oceánicas proporcionando información sobre dónde se está formando el próximo tifón o huracán.