Musgo antártico usando drones, MossCam, sensores inteligentes e IA

Nov 20, 2023

Johan Barthélemy, Universidade de Wollongong; Barbara Bollard, Universidade de Tecnologia de Auckland; Juan Sandino, Queensland University of Technology, e Krystal Randall, University of Wollongong

O continente antártico evoca visões de gelo branco e céu azul. Mas não muito longe da Estação Casey da Austrália, 3.880 km ao sul de Perth, os leitos de musgo emergem verdejantes e verdes.

Infelizmente, a saúde desses leitos de musgo está diminuindo devido às mudanças nas condições climáticas, destruição do ozônio e ondas de calor. No entanto, nossa compreensão do problema é limitada. Realizar pesquisas na Antártica é difícil. Os períodos de coleta de dados são curtos e podem levar anos entre cada oportunidade de pesquisa. Felizmente, novas tecnologias oferecem soluções.

Em dezembro de 2022, viajamos para a Casey Station. Passamos dois meses no campo – combinando nossas habilidades em biologia, drones voadores, programação e inteligência artificial – para aprender mais sobre o musgo e encontrar melhores maneiras de monitorar remotamente as mudanças biológicas.

Mapeamos grandes leitos de musgo e testamos um novo sistema de sensor que pode fornecer dados de musgo contínuos durante todo o ano. Enquanto esta pesquisa está em andamento, estamos entusiasmados em compartilhar os primeiros resultados com você aqui.

As plantas precisam de luz solar, calor e água líquida. As plantas antárticas enfrentam meses de escuridão, temperaturas congelantes e seca devido à água congelada – mas o musgo se adaptou a esse ambiente hostil.

O musgo é a vida vegetal dominante na Antártida. Ele fornece habitat para invertebrados, micróbios e fungos, que compõem mais de 99% da biodiversidade terrestre da Antártica. Os leitos de musgo lembram florestas em miniatura, repletas de vida.

O musgo antártico cria seu próprio microclima quente, usando pigmentos para absorver a luz solar. Esse calor ajuda a fotossíntese e ajuda os musgos a derreter a neve para obter água líquida. As pequenas colinas e vales ao longo dos leitos de musgo determinam a quantidade de luz que os musgos recebem e criam diferenças em seus microclimas e saúde.

Assim que chegássemos ao musgo, nos equilibraríamos cuidadosamente nas rochas para colher amostras e colocar registradores de dados. Estes consistiam em quatro sensores que mediam as temperaturas do dossel em diferentes posições no leito de musgo. Também medimos a fotossíntese e coletamos amostras de musgo para análise de pigmento, o que indica níveis de saúde e estresse.

A foto abaixo mostra uma cama de musgo com nosso equipamento conectado. Você pode ver a micro-topografia complexa e um mosaico de musgos saudáveis ​​e estressados. O musgo saudável é verde e aveludado. Os musgos estressados ​​são vermelhos e eventualmente ficam cinza.

Musgos crescendo a apenas alguns centímetros de distância podem experimentar microclimas muito diferentes. Na foto abaixo, alguns musgos aqueceram até 19℃ (próximo ao marcador vermelho), enquanto apenas cerca de 30 cm de distância o musgo estava a 0,6℃ (próximo ao marcador branco).

A coleta desses dados nos permite explorar conexões entre a estrutura física dos leitos de musgo, microclimas e indicadores de saúde do musgo.

Na Antártida, também testamos o primeiro protótipo de uma plataforma de detecção inteligente, autônoma e de longo prazo. Ele oferece aos cientistas mais informações do que os dispositivos de coleta de dados anteriores, pois pode coletar e transmitir dados por um período prolongado fora das campanhas de campo regulares de verão, incluindo o inverno.

O protótipo monitorou o leito de musgo perto da Estação Casey por um mês e meio. Seus sensores captavam a intensidade da luz, a temperatura e a umidade do ar ambiente, a temperatura do dossel do musgo e, por fim, a energia trocada entre o solo e o ar. Uma webcam, carinhosamente apelidada de MossCam, capturou imagens regulares do leito de musgo.

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Também instalamos a primeira antena na Antártica para a rede sem fio LoRaWAN. Esta rede é de baixo consumo, longo alcance e de uso gratuito. Isso nos permitiu enviar dados de volta para a Austrália quase em tempo real e exibi-los em um painel do site visível apenas para os australianos.

Após algumas correções iniciais de bugs, a plataforma teve um desempenho melhor do que o esperado. Trouxemos para casa no final da temporada para maior refinamento e implantação na próxima temporada. https://www.youtube.com/embed/ctiW3TZvF5I?wmode=transparent&start=0 Um lapso de tempo de 24 horas capturado por MossCam. Johan Barthelemy.