Los científicos llevan los bosques al Internet de las cosas

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Los científicos llevan los bosques al Internet de las cosas

Los bosques tienen una relación compleja con el cambio climático. Por un lado, absorben el carbono atmosférico, proliferando incluso en medio de climas cambiantes. Por otro lado, pueden sufrir un mayor estrés por calor, degradando su capacidad de sumidero de carbono y su resiliencia a la sequía. Con unos 10,5 millones de dólares de financiación de la Fundación Alemana de Investigación, los científicos de Europa ahora van a instrumentar los bosques con sensores novedosos para comprender mejor cómo se ven afectados los bosques por el cambio climático.

Al combinar la ciencia forestal con la tecnología de Internet de las cosas (IoT), drones y otros dispositivos, EcoSense intentará arrojar luz sobre los efectos del cambio climático en las interacciones entre las plantas, el suelo y la atmósfera. Estas interacciones varían según la especie, la ubicación y la masa forestal, lo que se refiere a colecciones de árboles en un bosque que son bastante uniformes en cuanto a edad, tamaño, distribución y otros factores. La iniciativa EcoSense traerá nuevas tecnologías al monitoreo forestal siguiendo esfuerzos como el bosque cableado de la Universidad de Harvard.

“No entendemos cuándo y por qué los extremos climáticos, como las olas de calor o las sequías, hacen que los árboles individuales o los parches de bosque superen sus puntos de inflexión”.

Específicamente, el proyecto estudiará los procesos abióticos y bióticos del carbono forestal y el intercambio de agua, cómo responde el ecosistema a los factores estresantes ambientales, lo que permitirá la predicción de cambios basados ​​en procesos en la función y sostenibilidad del ecosistema, según un esquema del proyecto. Los datos de la red de sensores en tiempo real se transferirán a una base de datos para el análisis y los modelos de simulación de aprendizaje profundo para generar predicciones a corto y mediano plazo.

“El cambio climático ya tiene un gran impacto en los ecosistemas forestales. Vemos un aumento en la mortalidad de los árboles en todo el mundo”, dijo Christiane Werner, profesora de fisiología de ecosistemas en el Instituto de Ciencias Ambientales y de la Tierra de la Universidad de Friburgo, señalando los efectos de la sequía europea de 2018 en los árboles. “Actualmente, tenemos modelos bien establecidos para predecir el funcionamiento general del ecosistema en condiciones sin estrés, pero no entendemos cuándo y por qué los extremos climáticos, como las olas de calor o las sequías, hacen que los árboles individuales o los parches de bosque superen sus puntos de inflexión”.

Internet de las cosas de Woody

El equipo de investigación instrumentará varias hectáreas montañosas de la Selva Negra en el suroeste de Alemania, cubriendo rodales de haya pura, abeto puro y árboles mixtos. Los cambios en el bosque provocados por el clima pueden tener repercusiones más amplias; el bosque es de importancia económica y turística para Alemania, famoso por sus granjas tradicionales, relojes de cuco y jamón y pastel del mismo nombre.

El kit de herramientas EcoSense podría incluir dióxido de carbono (CO2) sensores, drones equipados con cámaras y otros dispositivos. El equipo implementará inicialmente dispositivos disponibles comercialmente y luego, a partir de 2024, los reemplazará con microsensores recientemente desarrollados, algunos de los cuales serán autónomos energéticamente, según Ulrike Wallrabe, profesora del Departamento de Ingeniería de Microsistemas de la Universidad de Friburgo.

“Queremos medir flujos de agua, CO discriminado por isótopos2 y compuestos orgánicos volátiles y marcadores de estrés, principalmente la eficiencia fotosintética por la fluorescencia de la clorofila desde los suelos hasta la atmósfera”, dijo Wallrabe. “La red de sensores incluirá sensores nuevos, compactos y, siempre que sea posible, autónomos energéticamente que se desarrollarán en el proyecto”.

Daniel Kneeshaw, investigador de bosques y cambio climático de la Universidad de Quebec en Montreal que no está afiliado a EcoSense, dijo que el proyecto está examinando parámetros interesantes que deberían ser útiles para una amplia variedad de investigadores.

“Como sugieren los investigadores, lo que sucede a escala celular cuando se amplía puede tener un impacto profundo en todas las regiones”, dijo Kneeshaw, y agregó que quiere saber cómo se ampliarán y reducirán los datos de EcoSense. “Una mejor comprensión de los mecanismos nos ayudará a estar mejor preparados para futuros cambios. Tener este tipo de redes en todo el mundo y hacer que los científicos de las diferentes redes hablen [about them] conducirá a resultados e interpretaciones aún más sólidos”.

El proyecto EcoSense tiene como objetivo comenzar a publicar estudios en 2023, pero algunos grupos afiliados ya comenzaron a publicar sus hallazgos. Por ejemplo, un grupo que incluía a Werner publicó un artículo sobre un fluorómetro de clorofila inalámbrico y autónomo que mide la eficiencia de la fotosíntesis en las plantas. Con un alcance de 10 kilómetros, el novedoso dispositivo se puede colocar en cualquier parte de un árbol y es de bajo consumo y relativamente económico.

Además de su financiación inicial de 4 años, EcoSense tiene la opción de dos extensiones de 4 años para obtener una perspectiva a largo plazo. Los investigadores tienen grandes expectativas de resultados significativos.

“Nuestra característica especial es la alineación única de la investigación de ecosistemas con la tecnología de microsistemas. Los principios de detección autónomos distribuidos abrirán una nueva puerta para la investigación de ecosistemas”, dijo Werner. “Obtendremos una cobertura a escala cruzada sin precedentes, tanto a nivel espacial, desde la hoja hasta el bosque, así como en una dimensión temporal, de minutos a años, de procesos e interacciones que impulsan los flujos de carbono y agua, incluidos los marcadores de estrés como volátiles. compuestos orgánicos y fluorescencia de clorofila”.

—Tim Hornyak (@robotopia), escritor científico

Cotizar: Hornyak, T. (2022), Los científicos llevan los bosques al Internet de las cosas, eos, 103, https://doi.org/10.1029/2022EO220368. Publicado el 1 de agosto de 2022.
Texto © 2022. Los autores. CC BY-NC-ND 3.0
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