Un dron de aproximadamente 1 metro (m) de diámetro sobrevuela el dosel de una selva tropical. Seguidamente, deposita sobre una de las copas de los árboles una cúpula transparente de acrílico con patas fabricadas en fibra de carbono que se asemeja a una araña de unos 2 m de diámetro. Allí dentro hay cámaras fotográficas, grabadores de sonidos y sensores de humedad, de dióxido de carbono (CO2) y de temperatura. A continuación, el mismo aparato volador, provisto de dos garras y una pequeña sierra circular, corta un trozo de una rama de la copa del árbol y se lo lleva al equipo de investigadores que lo controla en las cercanías del monte. Ellos también reciben en sus computadoras las imágenes, los sonidos y otros datos recolectados.
Al mismo tiempo, otros drones provistos de radares mapean la zona por teledetección y un pequeño vehículo robótico recorre el terreno recogiendo muestras. Este arsenal permite hacerse una idea de lo que está preparando el equipo brasileño compuesto por 80 científicos, uno de los seis finalistas del premio XPRIZE Rainforest Florestas Tropicais, para disputar la final de la competencia, que tendrá lugar en julio de 2024. La misión: recabar la mayor cantidad de datos posibles en 24 horas sobre las especies vegetales y animales de una parcela de 100 hectáreas (ha) de selva amazónica. Y analizarlo todo en otras 48 horas.
“Mientras que atletas de todo el mundo irán en busca de medallas a los Juegos Olímpicos de París, nosotros estaremos compitiendo para mapear la biodiversidad de estos ambientes tan poco accesibles”, dice la bióloga Simone Dena, de la Universidad de Campinas (Unicamp), coordinadora de bioacústica del equipo brasileño. Habrá unos 300 investigadores en representación de los equipos finalistas: el de Brasil, tres de Estados Unidos, uno de España y otro de Suiza en la final que se llevará a cabo en el estado de Amazonas. La fecha y el lugar exactos se darán a conocer más adelante. El primer clasificado recibirá 5 millones de dólares, el segundo 2 millones de dólares y el tercero, 500.000 dólares. Al finalizar la competencia, los datos se compartirán en las bases de datos de acceso abierto GBIF e iNaturalist.
“El objetivo es estimular el desarrollo de tecnologías autónomas con integración rápida de datos que permitan ampliar los registros y la localización de la biodiversidad, y mejorar el conocimiento de los ecosistemas forestales tropicales”, dice la brasileña Michelle Siqueira, miembro del equipo de gestión del premio, organizado por la fundación XPRIZE, una organización estadounidense sin fines de lucro. La entidad gestiona premios con miras a acelerar el desarrollo de nuevas tecnologías, como la carrera espacial privada y aquellos que están centrados en retos ambientales y sociales emergentes globales, tales como la limpieza de vertidos de petróleo en el mar y el monitoreo de la acidificación de los océanos, entre otros.
A lo largo de cuatro años de competencia, 300 grupos de 70 países disputaron las fases eliminatorias del certamen y 15 equipos llegaron a la semifinal presencial que tuvo lugar en junio de 2023, cuando pusieron a prueba sus dispositivos por primera vez en un fragmento forestal de Singapur. En esa ocasión, el equipo brasileño identificó 209 especies, entre plantas, anfibios, invertebrados, aves y mamíferos. Cada uno de los seis equipos seleccionados para la final recibió unos 333.000 dólares. El equipo brasileño ha invertido el dinero en becas de investigación y materiales, y financiará una expedición a la Amazonia a principios de año para realizar más pruebas de campo.
“Las técnicas tradicionales no nos permiten llegar a mapear e identificar exhaustivamente muchas especies de plantas y animales antes que gran parte de ellas se extingan”, dice el biólogo Vinicius Castro Souza, de la Escuela Superior de Agricultura Luiz de Queiroz de la Universidad de São Paulo (Esalq-USP), en Piracicaba. “Es por ello que consideramos que este desafío es importante para acelerar ese proceso e incluso para el desarrollo de métodos de recolección remota, que conllevan menos riesgos en el trabajo de campo”, añade.
Paulo Guilherme Molin - UFSCar / CCN Lagoa do SinoAdaptaciones en un carrito automatizado y la estructura en forma de araña pueden dar lugar a patentesPaulo Guilherme Molin - UFSCar / CCN Lagoa do Sino
El Brazilian Team está integrado mayoritariamente por brasileños, pero incluye a miembros de otros países ‒Colombia, Estados Unidos, Francia, Alemania, España, Portugal y el Reino Unido‒ distribuidos en seis subgrupos temáticos: bioacústica, robótica, teledetección, ADN, biodiversidad e insights. Estas áreas están organizadas con base en dos estrategias paralelas, centradas en la identificación de la biodiversidad visible (muestras e imágenes de animales y plantas) e invisible, mediante el análisis de las trazas de ADN de los organismos presentes en el ambiente, el llamado ADN ambiental (eDNA, en inglés). Los investigadores también pretenden contar con el apoyo de acciones de ciencia ciudadana, en las cuales participa la comunidad local, para la identificación de las especies.
Dispositivos adaptados
Para las recolecciones en tierra, se realizaron adaptaciones a un carrito robot comercial de aproximadamente 1,5 m de largo y 100 kilogramos (kg) de peso con una serie de accesorios. Además de cámaras y grabadores de sonidos, un sistema recoge y almacena alrededor de 1 kg de hojarasca conteniendo tierra, hojas, ramas y pequeños insectos. Un taladro ahoyador perfora hoyos de 15 centímetros (cm) de profundidad y una trampa luminosa atrae insectos como los mosquitos.
Por vía aérea, se adaptó un dron para transportar la cúpula de acrílico, una semiesfera que resguarda los dispositivos de las inclemencias del clima. En los lugares donde hay señal de internet, unas placas de computadora permiten enviar la información a un sistema en la nube. “La cúpula fue diseñada con un formato modular, lo que permite la personalización de los dispositivos que va a transportar”, explica el ingeniero electrónico Marco Terra, de la Escuela de Ingeniería de São Carlos (EESC-USP), coordinador del área de robótica del equipo.
Otro dron lleva adosadas unas pinzas y una sierra que le permiten cortar y transportar ramas de unos 20 cm de longitud que pesan, en promedio, 40 gramos (g). El artilugio, inspirado en una iniciativa canadiense, se ganó el simpático apodo de podadora automática y propone una solución para la dificultad que supone la recolección de muestras de los árboles gigantes que crecen en la Amazonia. “Normalmente, para este tipo de trabajo, es necesario contar con escaladores o lanzar una especie de honda amarrada a sedales de pesca”, dice Terra. El aparato aún necesita ajustes en su estabilidad, como pudieron constatar los investigadores cuando lo utilizaron en la semifinal en Singapur.
Entre los dispositivos desarrollados, opina Terra, la cúpula y la pinza podadora tendrían más potencial para convertirse en productos comercializables, ya que serían útiles en trabajos de campo de una gran variedad de investigaciones. “La cúpula, con su diseño actual, es una creación nuestra y ya hemos redactado la solicitud de patente”, dice el ingeniero. Según él, uno de los objetivos del equipo es lograr que algunos de los equipos, controlados a distancia, sean autónomos. El resto de los detalles se conocerán en la final.
Adn ambiental e inteligencia artificial
Con la ayuda de programas informáticos, el material vegetal y animal recolectado será sometido por taxonomistas a un proceso de selección y análisis. Una parte se envía al laboratorio móvil de análisis genéticos. Los investigadores utilizan secuenciadores portátiles, del tamaño de una tableta, que pueden conectarse a una computadora.
Paulo Guilherme Molin - UFSCar / CCN Lagoa do SinoLos drones transportan dispositivos y recogen ramas a altitudes de hasta 60 metrosPaulo Guilherme Molin - UFSCar / CCN Lagoa do Sino
“La secuenciación in situ es complicada. Estamos reajustando los protocolos en colaboración con los propios fabricantes para hacerlos más eficientes, porque estos dispositivos fueron diseñados para analizar secuencias de ADN más largas que las que podemos obtener con el ADN ambiental”, explica la bióloga Carla Martins Lopes, del campus de São Carlos de la USP, coordinadora del equipo de ADN.
Para acelerar el proceso de identificación de la biodiversidad hay que recoger y procesar más información intangible de la misma con la ayuda de software con inteligencia artificial. Con los drones de teledetección se utilizan tres estrategias. La primera es la obtención de imágenes mediante la técnica de escaneado conocida como Light Detection and Ranging (lídar), que se vale de pulsos de luz láser que son reflejados por los árboles y permite el mapeo de la estructura de la selva, como el relieve y la altura de la vegetación, además de las reservas de carbono. “La segunda consiste en elaborar mapas de alta resolución de las copas de los árboles, que se usan para entrenar a un algoritmo de reconocimiento de especies similar al que realizan los sistemas de reconocimiento facial”, dice el ingeniero forestal Danilo Roberti Alves de Almeida, uno de los directores de la startup BRCarbon Climate Tech y coordinador del subgrupo de teledetección, junto con el gestor ambiental Paulo Guilherme Molin, de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar). La tercera estrategia emplea drones autónomos con sensores de zum óptico, para registrar fotografías de la vegetación en alta resolución para su posterior identificación utilizando inteligencia artificial.
También se está desarrollando otro algoritmo que será capaz de reconocer sonidos de animales, entre ellos, aves, anfibios, murciélagos e insectos. Está siendo entrenado con la base de datos pública de la Fonoteca Neotropical Jacques Vielliard (FNJV) del Museo de la Diversidad Biológica de la Unicamp, que contiene aproximadamente 81.000 registros. “Estamos en contacto con investigadores de la Amazonia para recolectar más sonidos de animales de la región para ampliar la colección que utilizará nuestro software”, explica el biólogo Luís Felipe Toledo, de la Unicamp, uno de los coordinadores del grupo de bioacústica. La idea es que el software esté disponible en acceso abierto.
Los otros cinco equipos también han apostado al desarrollo de drones, robots autónomos, plataformas aéreas y sistemas de inteligencia artificial que permiten recolectar e identificar especies en forma automática lo más rápido posible. “La propuesta del protocolo del equipo brasileño, que utiliza drones, robots de recolección y procesamiento de datos de ADN, todo en forma integrada, asoma prometedora para el objetivo de agilizar las actividades de reconocimiento de especies en estos ambientes”, apunta el biólogo Fabiano Rodrigues de Melo, de la Universidad Federal de Viçosa (UFV), quien no participa en la competencia. Él viene utilizando drones y programas con inteligencia artificial desde 2017 para la identificación de muriquíes [una variedad de monos araña] en los bosques de Minas Gerais.
“Las selvas tropicales albergan la mayor biodiversidad del planeta, y esta diversidad aún es poco conocida, especialmente en el ámbito de la selva amazónica, con sus dimensiones continentales”, dice la ingeniera agrónoma Simone Aparecida Vieira, de la Unicamp, integrante de la coordinación del Programa Biota-FAPESP. Ella señala que los métodos tradicionales de estudio de la biodiversidad demandan demasiado tiempo y personal, por lo que el empleo de tecnologías de vanguardia para la identificación de especies en estos lugares puede ser de ayuda para las políticas de conservación. “El premio trae al presente este desafío, fomentando el desarrollo de ideas audaces para ampliar nuestro conocimiento sobre la biodiversidad, algo que el Biota también ha estimulado desde su creación, en 1999, y es uno de los ítems incluidos en su planificación estratégica para el período 2020-2030”, añade.
La financiación del premio, cuya dotación total asciende a 10 millones de dólares, proviene de la fundación Alana, vinculada al Instituto Alana, una organización sin fines de lucro brasileña que promueve acciones de protección de los derechos de niños y adolescentes. “Nos pusimos en contacto con la fundación XPRICE y les instamos a pensar en algo orientado a hallar soluciones para el sur global, y ellos arribaron a la conclusión de que la pérdida de especies en las selvas tropicales era un tema urgente”, comenta Pedro Hartung, director ejecutivo de la fundación. “Si nuestro objetivo es proteger a los niños, debemos garantizarles que tengan un mundo sostenible donde puedan crecer. Y ello tiene que ver con iniciativas tendientes a encontrar alternativas para preservar nuestra biodiversidad”, concluye.
Proyectos
1. De la historia natural a la conservación de los anfibios brasileños (nº 22/11096-8); Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Luis Felipe de Toledo Ramos Pereira (Unicamp); Inversión R$ 1.656.574,79.
2. Para entender los bosques restaurados en beneficio de la gente y la naturaleza – NewFor (nº 18/18416-2); ModalidadProyecto Temático; Programa Biota; Convenio Organización Neerlandesa para la Investigación Científica (NWO); Investigador responsable Pedro Henrique Santin Brancalion (USP); Investigador responsable en el exterior Franciscus Johannes Jozef Maria Bongers (Wageningen University & Research, Holanda); Inversión R$ 1.659.863,08.
3. Restauración de la vegetación nativa en el Bosque Atlántico mediante la combinación estratégica de medidas obligatorias y compromisos voluntarios ‒ CCD-EMA (nº 21/11940-0); ModalidadAyuda de Investigación ‒ Centros de Ciencia para el Desarrollo; Investigador responsable Paulo Guilherme Molin (UFSCar); Inversión R$ 355.136,76.
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