El Laboratori d’Aplicacions Bioacústiques de Vilanova crea la primera reserva del planeta monitorada en temps real

L'Instituto de Desenvolvimento Sustentável Mamirauá i el Laboratori d’Aplicacions Bioacústiques (LAB) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) han completat el desplegament d’una xarxa de 22 sensors a la Reserva de Desenvolupament Sostenible Mamirauá, a l’Amazones, a Brasil, en el marc del projecte Providence. Aquesta tecnologia, que inclou tècniques avançades d'intel·ligència artificial aplicada a l’anàlisi de so i imatge, permet identificar i fer el seguiment continu de la biodiversitat de la selva en aquesta reserva amazònica protegida, d’1,12 milions d'hectàrees, la primera del planeta que es monitora en temps real.

Els boscos tropicals estan desapareixent ràpidament del planeta com a conseqüència de la desforestació per part de l’activitat ramadera, l'explotació forestal, la mineria, la perforació de petroli, l'expansió agrícola, la construcció de carreteres i preses i l'ampliació de zones urbanitzades. Aquest procés s'agreuja per l'escalfament global i ha donat lloc a un augment espectacular de la taxa natural d'extinció d'espècies i de la conseqüent pèrdua de biodiversitat.

Els satèl·lits de teledetecció i les aeronaus científiques proporcionen una gran quantitat de dades de seguiment a escala mundial per controlar els canvis en la massa forestal i en l'ús del sòl, però amb una resolució espacial i temporal relativament baixa, i sense capacitat de seguiment de la biodiversitat sota la coberta forestal; per tant, la seva utilitat és molt limitada. Al mateix temps, els mètodes per controlar la biodiversitat sota la coberta forestal, en grans àrees, utilitzant protocols estàndards i durant llargs períodes de temps, continuen sent molt alts tant des del punt de vista logístic com financer.

En aquest sentit, el projecte Providence representa un avenç en la manera de monitorar la biodiversitat de les selves tropicals, amb el desenvolupament i desplegament d’una tecnologia (nodes Providence) que integra, per primera vegada, el reconeixement d'espècies mitjançant tècniques d'àudio i imatge en un únic sistema. Els nodes de Providence també proporcionen informació sobre l'estat de salut de la selva tropical calculant els índexs ecoacústics de la biodiversitat.

Aquesta tecnologia ha permès identificar més espècies que amb qualsevol altre sistema disponible, amb una identificació automàtica en temps real i amb un baix consum d'energia per durar llargs períodes sense necessitat de manteniment freqüent. L'impacte d'aquesta tecnologia serà enorme i permetrà a investigadors, gestors, ONG, governs i públic en general entendre, controlar i preveure l'impacte dels canvis en la massa forestal i la integritat de la biodiversitat a l'Amazònia.

Providence ha reunit i ampliat l'estat de l'art en el seguiment de la vida salvatge, la identificació d'espècies, la compressió i transmissió de dades i la gestió de l'energia. Cada node Providence és autònom i inclou sensors visuals, acústics, de moviment i ambientals, així com sistemes de captació d'energia, de gestió de l’energia a bord i un canal de comunicacions de llarg abast a una estació base. En combinar les múltiples modalitats dels sensors, el sistema és capaç de detectar una varietat molt més gran d'espècies que altres mètodes utilitzats actualment, com ara trampes de càmera, gravadores de so o avaluacions humanes in situ.

Els sistemes de transmissió de dades de baix cost tenen limitacions severes d'ample de banda en entorns de bosc tropical. Per reduir els requisits d'amplada de banda, cada node realitza la compressió de dades a bord, així com una classificació i un reconeixement d'espècies basada en el so i la visió multimodal. Providence ha utilitzat bases de dades existents de característiques visuals i acústiques per entrenar i processar la detecció i classificació d'espècies clau, a través d’un programa de sis anys que ha donat fruit a la base de dades de bioacústica més gran d'una selva tropical.

Creada per Márcio Ayres, guardonat amb els premis Rolex 2002, com a reserva de desenvolupament sostenible l'any 1990, Mamirauá, amb 1,12 milions d’hectàrees, va ser la primera a integrar les comunitats indígenes en totes les decisions de gestió i a convertir una reserva natural en un hàbitat de selva tropical on la conservació i les activitats humanes estan equilibrades.

Tecnologia innovadora per fer seguiment de la biodiversitat

El projecte Providence es va iniciar el 2016 amb el desenvolupament i la prova del primer prototip d'un node Providence. El projecte és fruit de la col·laboració de Michel André, director del Laboratori de Bioacústica Aplicada (LAB) de la Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC) −també guardonat amb els Premis Rolex 2002−, i Emiliano Ramalho, director tècnic de l’Instituto de Desenvolvimento Sustentável Mamirauáua, a Tefé, Brasil, amb l’objectiu d’idear una manera de revolucionar el seguiment de la biodiversitat. La seva idea original era combinar les darreres tècniques d’intel·ligència artificial desenvolupades al LAB per analitzar automàticament els sons biològics i les imatges captades en temps real. Va ser així com va néixer el concepte del node Providence. El repte és desplegar mil unitats per monitorar tota la selva amazònica al 2025.

Segons explica el doctor Emiliano Ramalho, “una de les principals preocupacions dels científics de tot el món és la pèrdua de biodiversitat i l'extinció d'espècies. Una avaluació precisa de la biodiversitat d’una zona com l'Amazones és essencial per ajudar a combatre la pèrdua potencial de vida salvatge".

L’investigador afegeix: “Estem recopilant dades de sensors acústics (de criatures submarines, així com d’animals terrestres com ara ocells, granotes i micos), imatges visuals, dades ambientals (vent, temperatura, humitat, pressió de l'aire) i fins i tot imatges tèrmiques. Els animals d'interès clau en les etapes del procés són una varietat d'espècies, com jaguars, micos, ratpenats, ocells, rèptils, dofins de riu i peixos".

Michel André, professor de la UPC, destaca que el seguiment de la vida salvatge amb acústica passiva submarina és una tecnologia clau en aquest projecte: "Els nous desenvolupaments de sensors i l'augment de la potència en els mòduls de processament, desenvolupats originalment per a ecosistemes oceànics submarins complexos, s'apliquen ara per primera vegada a la conservació de criatures terrestres i aquàtiques en un entorn a gran escala com l'Amazones", explica l'investigador.

"Un dels reptes més grans que tenim és gestionar un flux de dades en directe amb sons i imatges d'un gran nombre d'animals coneguts, i probablement diverses espècies desconegudes, des dels insectes més petits fins als jaguars. Aquesta biodiversitat única de sons es transmetrà en línia perquè la comunitat científica i el públic en general puguin seguir el nostre progrés en temps real des de la comoditat de la seva llar", afegeix Michel André.

Tal com afirmen els científics, “la integració de les tecnologies implicades en el projecte Providence revolucionarà la manera de controlar la biodiversitat als boscos tropicals d'arreu del món”. En aquest sentit, Emiliano Ramalho i Michel André expliquen que “Providence ha permès, per primera vegada, la implantació d'un sistema de registre i avaluació precís de l'estat de la biodiversitat d'aquesta regió a l'Amazònia, i ha proporcionat un sistema d'avís que ens alerta de qualsevol canvi que pugui amenaçar la sorprenent fauna que hi viu".

El Projecte Providence ha estat finançat per la Fundació Gordon i Betty Moore des del 2016, amb el suport de l'Institut Rolex en el marc de la iniciativa Perpetual Planet, així com pel ministeri de Ciència, Tecnologia i Innovacions de Brasil i DENSO Industrial da Amazonia LTDA. El LAB de la UPC, vinculat a l’Escola Politècnica Superior d’Enginyeria de Vilanova i la Geltrú (EPSEVG), és un centre pioner en el seguiment de la biodiversitat i dels efectes del canvi climàtic i de les activitats humanes en la conservació dels hàbitats més fràgils del planeta.