Sensores flutuantes para monitorar mudanças climáticas

Pacotes de sensores flutuantes inspirados em sementes de dente-de-leão podem ser facilmente espalhados ao vento para ajudar a monitorar os principais indicadores das mudanças climáticas, entre eles temperatura, umidade e outras condições ambientais, ao longo de grandes áreas de fazendas ou florestas. Ao reunir esses dados, também podem fornecer informações valiosas a outras aplicações, como agricultura de precisão.

A novidade foi desenvolvida por uma equipe da Universidade de Washington e, apesar de ser cerca de 30 vezes mais pesada que uma semente de dente-de-leão de 1 miligrama, pode viajar por até 100 metros com uma brisa moderada, depois de ser lançado por drones. Uma vez no solo, o pacote, que pode conter mais de quatro sensores, é alimentado por painéis solares e pode compartilhar a até 60 metros de distância, segundo seus criadores.

“Nosso protótipo sugere ser possível usar um drone para liberar milhares desses dispositivos em uma única vez. Eles serão transportados pelo vento de maneira um pouco diferente para criar basicamente uma rede de mil dispositivos”, explica Shyam Gollakota, autor e professor da Escola de Ciência da Computação e Engenharia Paul G. Allen da Universidade de Washington. “Isso é incrível e transformador na área de sensores, pois levaria meses para implantar manualmente tantos dispositivos desse tipo.”, completa.

O primeiro passo da pesquisa foi desenvolver uma forma que permitisse ao pacote de sensores não demorar a cair no solo. Foram testados 75 designs até encontrar o que teria a máxima velocidade nessa tarefa. “A estruturas das sementes de dente-de-leão tem um ponto central e pequenas cerdas. Fizemos uma projeção 2D dela para criar nosso projeto básico”, explica Vikram Iyer, outro autor do invento e professor assistente da mesma instituição. “À medida que adicionamos peso, as cerdas começaram a dobrar para dentro. Acrescentamos uma estrutura de anel para deixar o pacote mais rígido e ocupar uma área maior de forma a desacelerar o conjunto”, detalha o pesquisador.

Painéis solares foram usados para alimentar o sistema eletrônico. Em 95% das vezes, os pacotes pousaram com os painéis solares voltados para cima. A forma e estrutura do conjunto fazem com que ele gire e caia consistentemente nessa posição, semelhante ao que acontece com as sementes de dente-de-leão.

O sistema não foi projetado para armazenar energia. Isso significa que, depois que o sol se põe, os sensores deixam de funcionar. Quando o sol volta a nascer na manhã seguinte, o sistema gastará um pouco de energia para ser reiniciado. “O conjunto de sensores verificará se tudo está funcionando corretamente antes de começarem a executar o código. Isso também acontece quando ligamos o celular ou o laptop. A diferença é que eles contam com uma bateria”, explica Iyer. O pacote inclui um capacitor para armazenar alguma carga durante a noite.

Para enviar dados do sensores aos pesquisadores, esses dispositivos usam o método backscatter (retrodifusão), que faz o envio de informações refletindo os sinais transmitidos.

Para medir a distância que os sensores viajariam ao serem carregados pelo vento, os pesquisadores fizeram testes, soltando-os de diferentes alturas, manualmente ou por drone. “Estamos imitando a biologia, que considera a variação uma característica, não um problema”, comentou Thomas Daniel, outro autor da invenção de professor de biologia da Universidade de Washington. “As plantas não têm como garantir se o local onde cresceram neste ano também será bom na estação seguinte, então algumas sementes podem viajar mais longe para garantir suas apostas”, afirma o professor.

Os pesquisadores estão estudando como tornar o sistema mais biodegradável. “Esse é apenas o primeiro passo. Existem muitas outras caminhos pelos quais podemos seguir, como desenvolver soluções em larga escala, criar dispositivos que podem mudar de forma à medida que caem ou até mesmo garantir um pouco mais de mobilidade para que possam se mover quando estiverem no solo e chegar mais perto de áreas de interesse” completa Iyer.

A pesquisa foi financiada pelo prêmio Moore Inventor Fellow, pela Fundação National de Ciência e por uma bolsa do Departamento de Pesquisa Científica da Força Aérea dos Estados Unidos.  Detalhes da pesquisa foram publicados na Nature de 16 de março.