En el borde del campus de Virginia Tech, en un tramo de tierra de cultivo que pocos estudiantes visitan, pequeñas cajas giran a través del cambio de estación al invierno, recopilar y transmitir datos que facilitarán a los científicos el seguimiento y la recopilación de datos en distintos paisajes.

Esta prueba de campo de un sistema de detección ambiental es un paso en un proyecto entre la Facultad de Recursos Naturales y Medio Ambiente; Tecnologías inalámbricas innovadoras, una empresa líder en redes de malla inalámbrica con sede en Lynchburg, Virginia; y el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico del Departamento de Energía de EE. UU. El proyecto fue financiado por una subvención de Investigación de Innovación de Pequeñas Empresas del Departamento de Energía destinada a refinar, desarrollar, y promover nuevas tecnologías.

"La convocatoria de esta subvención se centró en el seguimiento medioambiental subterráneo y el desarrollo de nuevas redes de sensores y plataformas de comunicación, "explicó Daniel McLaughlin, profesor asistente en el Departamento de Recursos Forestales y Conservación Ambiental e investigador principal del proyecto de Virginia Tech. "El objetivo principal es avanzar en las formas en que podemos monitorear el destino y el transporte de ciertos constituyentes y contaminantes ambientales".

El sistema integrado de detección de calidad ambiental, llamado Envōk, es una red implementada por el usuario compuesta por nodos de microprocesamiento inalámbricos que son capaces de conectarse a una amplia gama de sensores ambientales. Una cuadrícula de estos nodos se comunica a través de una puerta de enlace inalámbrica a un servidor que permite a los operadores controlar los sensores de forma remota.

La prueba de este sistema se está llevando a cabo a lo largo de Stroubles Creek en un terreno dedicado al laboratorio StREAM del Departamento de Ingeniería de Sistemas Biológicos. Además de McLaughlin, El profesor asociado Kevin McGuire y el profesor asociado Brian Strahm, tanto del Departamento de Recursos Forestales y Conservación Ambiental, y el profesor asistente Ryan Stewart de la Facultad de Ciencias Vegetales y Ambientales de la Facultad de Agricultura y Ciencias de la Vida están participando en el proyecto.

Matthew Fisher, el investigador principal de tecnologías inalámbricas innovadoras, describió el sitio como una ubicación ideal para probar las capacidades del sistema. "Tenemos una primera versión de nuestro producto terminado, y queríamos evaluar ese producto en una simulación de campo, ", dijo." Virginia Tech está proporcionando esa evaluación. Están tomando el sistema y, con nuestro apoyo, lo evaluarán y verán si cumple con los criterios que establecimos para el proyecto ".

Para los investigadores de Virginia Tech, la prueba y evaluación del sistema Envōk ha abarcado una amplia gama, desde pequeñas preferencias de software hasta consideraciones generales de capacidades de detección y estructuras de monitoreo.

"Estamos evaluando y adaptando el sistema para satisfacer las necesidades de los usuarios, que van desde el diseño de software y las opciones de instalación hasta qué tipo de salidas y sensores son más útiles en aplicaciones de campo, ", Dijo McLaughlin." Hemos investigado qué tipo de disparadores y habilidades de comunicación deberían existir y qué tipo de configuración de memoria y batería debería tener el sistema ".

Un componente crucial del sistema, más allá de la facilidad de instalación y la precisión y confiabilidad del monitoreo de datos, permite a los usuarios incorporar una amplia gama de sensores en un sistema. "Hay muchos sensores disponibles ahora, y lo que se está quedando atrás es una red de sensores de fácil implementación que permitiría a un equipo usar sensores de cualquier proveedor y para una amplia gama de parámetros, "McLaughlin explicó.

Otro objetivo del proyecto es diseñar un sistema que permita a los usuarios "hablar" con la red de monitoreo usando dispositivos móviles o computadoras personales y alterar los datos recolectados por los sensores a medida que varían las condiciones.

"Nos centramos en la comunicación entre el usuario y la red, pero también en la comunicación entre nodos, donde las mediciones en la ubicación de un nodo pueden activar protocolos de medición específicos en nodos distantes, ", Dijo McLaughlin." Digamos que una ubicación de medición está en una corriente, y se activa alguna condición predefinida como un aumento del nivel del agua. Nos gustaría que ese nodo tenga la capacidad de decirle a los nodos más avanzados de la red que, por ejemplo, comience a registrar datos a un ritmo más rápido ".

En el sitio de Stroubles Creek, los sensores medirán los niveles de agua, dinámica del suelo, flujos de carbono, y las condiciones del arroyo durante los próximos tres meses. Los investigadores de Virginia Tech probarán el hardware y la durabilidad del sistema, las capacidades de comunicación entre los nodos y al servidor, y ajustes en tiempo real a las medidas de los sensores que permitirían el modelado adaptativo y el análisis de datos.

La siguiente fase del proyecto, que se lanzará en la primavera de 2019, será una prueba de campo más grande a lo largo del río Columbia en el estado de Washington, donde el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico tomará la iniciativa en la verificación del producto Envōk a medida que avanza hacia la comercialización.

"Implementaremos un sistema en pleno funcionamiento en el sitio de Hanford, una antigua planta de producción nuclear a lo largo del río, con cinco veces el número de nodos y tecnologías de sensores adicionales, Fisher dijo. Ese será el período de evaluación de la producción, la prueba final del sistema antes de comenzar la producción ".

El proyecto tiene el potencial de hacer que la recopilación y el procesamiento de datos de campo sean más dinámicos y fáciles para los científicos.

"Este proyecto no se trata solo de lo que podemos medir, sino de desarrollar nuevas formas de realizar y comunicar esas mediciones, ", Dijo McLaughlin." Nuestro objetivo es una red de sensores fácilmente implementable que sea flexible y con capacidades de comunicación para mediciones en tiempo real a través de parámetros y en grandes áreas de estudio ".