¿Cómo se mapea algo que es a la vez invisible e inodoro? Investigadores de la Universidad de Oslo han entrenado drones para encontrar por sí solos los mejores lugares para medir los gases de efecto invernadero.
"Estimar tales flujos de gas no es fácil. Estamos realmente a la vanguardia de lo que se hace en este campo", dice Ph.D. candidata Alouette van Hove en el Departamento de Geociencias de la UiO.
Imagínese la tundra de Svalbard. O las vastas y heladas turberas de Siberia. Durante miles de años, el permafrost ha garantizado que el carbono de las turberas permanezca intacto, pero ahora se está calentando. Metano y CO2 se están liberando gases. Ahora los gases están subiendo desde el suelo a la atmósfera.
"Es necesario poder mapear los flujos o intercambios de gases de efecto invernadero en la superficie terrestre para garantizar la calidad y calibrar los modelos climáticos", afirma van Hove.
Milla tras milla de turberas. Aquí, entre el suelo turboso y el aire de arriba, hay un intercambio, un flujo, de gases. Son piezas importantes de la ecuación climática global, pero las estimaciones que utilizan los investigadores en los modelos climáticos son inciertas.
El hecho de que los gases se diluyan nada más salir al aire y sean arrastrados por el viento y las inclemencias del tiempo no lo hace más fácil. Parte de la solución podría ser medir las emisiones cerca del suelo, utilizando drones.
"Lo que podemos hacer es estimar los flujos mediante observaciones. De esta manera, podemos ajustar los modelos con mediciones reales", dice van Hove.
Imagine que su tarea es medir estos flujos de gas. Pero el área que estás observando tiene cientos de kilómetros cuadrados. ¿Dónde están? ¿Dónde deberías medir?
"Los gases son invisibles y no huelen. Sólo se pueden detectar con un analizador de gases. Pero en una superficie de 100 x 100 kilómetros cuadrados no se puede investigar cada metro", afirma el investigador Norbert Pirk.
Dirige el proyecto de investigación ACTIVATE, que significa "Aprendizaje activo del diseño experimental en la ciencia del clima terrestre". El proyecto tiene como objetivo investigar y desarrollar sistemas de medición inteligentes para su uso en la investigación climática.
Se utilizan drones para realizar mediciones atmosféricas. Estos se utilizarán para estimar el intercambio de carbono, agua y energía entre la superficie terrestre y la atmósfera. Las mediciones se combinan con datos de satélites, así como de instalaciones de medición móviles o estacionarias.
"Nos preocupa la interacción entre la superficie de la Tierra y la atmósfera. Entre ambas, hay un intercambio de importantes gases de efecto invernadero. Este intercambio no está distribuido homogéneamente en todo el mundo. Generalmente ocurre en 'puntos calientes' localizados. Esos son los que debemos encontrar", afirma Pirk.
A la búsqueda de estos puntos críticos se une el equipo de investigadores del Drone Lab de la Universidad de Oslo. Aquí, varios drones están listos para emprender misiones al servicio de la investigación climática. Pero primero necesitan formación. Doctor. El candidato van Hove se ha asegurado de ello.
"No se puede simplemente ir a un área y hacer un barrido con el dron. Simplemente hay mucho que medir. Además, las condiciones climáticas harán que, si se mide diez minutos más tarde, todo se vea diferente", dice van Hove.
Para obtener la estimación más precisa de los flujos de gas, deben medir en las localidades y momentos más informativos.
"Debemos optimizar el tiempo que utilizamos con el dron", afirma van Hove.
Ha desarrollado un método en el que utilizan el aprendizaje impulsado por recompensas ("aprendizaje por refuerzo") para entrenar a los drones para que sepan dónde buscar los mejores lugares para medir.
"Para entrenar a los drones, creamos un entorno artificial donde los drones pueden practicar. Reciben una recompensa cada vez que realizan un movimiento que resulta útil."
De esta manera, el dron puede saber si girar en una dirección y no en otra fue una buena decisión.
"Se puede comparar con el entrenamiento de perros. Usamos recompensas para entrenar al dron para que elija la mejor acción", dice van Hove.
En la práctica, todo esto sucede dentro de un programa informático, donde las "recompensas" de los drones no son más que una función específica del programa. Los drones se ejecutan en experimentos de "prueba y error", donde el dron puede moverse dentro de un área determinada. En esta zona, los drones pueden realizar un número determinado de acciones (avanzar, retroceder, subir, bajar, etc.), pero no pueden salir de la zona.
"Así, se dan 'recompensas' por la elección de acciones que, después de un cierto tiempo, conducen a un resultado lo más cercano posible a la verdad, es decir, el flujo de gas", dice van Hove.
A través de experimentos, van Hove ha podido demostrar que estos drones entrenados pueden encontrar y medir esos puntos críticos de CO2. emisiones con mayor precisión que si el dron realiza una búsqueda preprogramada. Esto ocurre a pesar de que el dron en la búsqueda preprogramada está configurado para volar sobre el CO2 fuente.
"Hemos demostrado que es posible entrenar drones para estimar un parámetro, sin tener que tener un conocimiento previo del valor real del parámetro", afirma van Hove.
Ahora los drones entrenados serán probados en la práctica. Pronto, Pirk y van Hove llevarán 12 drones a Svalbard.
"Ahora vamos a probar los drones en el campo. Luego practicarán la toma de decisiones mientras están en el aire", dice Pirk.
El objetivo es poder utilizar los drones en varios observatorios del Ártico, donde actualmente existe una especial falta de datos de observación.
"El proyecto ACTIVATE durará cinco años y creo que las campañas de medición serán mayores y más complejas durante el transcurso del proyecto", afirma Pirk, que prevé tener 12 drones operativos en Svalbard en el verano de 2025.
Proporcionado por la Universidad de Oslo
