Preservación de la naturaleza mediante la vigilancia y el estudio del hábitat de los murciélagos con Waspmote

El entorno natural tiene una importancia crucial para social y vida económica como recurso para el suministro de alimentos, fuente de energía o importante fuente de medicamentos. En el pasado, la interacción humana con la naturaleza, aunque a menudo tenía un efecto perturbador sobre ella, a menudo también enriquecía la calidad y variedad del mundo vivo y sus hábitats.

Hoy, sin embargo, presión humana sobre el entorno natural es mayor que antes en términos de magnitud y eficacia en la alteración de la naturaleza y los paisajes naturales. La expansión de las actividades humanas en el medio natural, manifestada por la urbanización, el ocio, la industrialización y la agricultura, da lugar a una uniformidad cada vez mayor de los paisajes y a la consiguiente reducción, desaparición, fragmentación o aislamiento de hábitats y paisajes. Por ello, cada año desaparecen más especies animales o están en peligro de extinción, como puede verse en Figura 1que muestra el número total de especies de mamíferos conocidas y el número total de especies de mamíferos amenazadas.

Fig. 1.- Mamíferos del mundo Especies conocidas y amenazadas

Los gobiernos gastan una gran cantidad de dinero para preservar los entornos naturales cada año a través de diferentes programas como Programa europeo LIFE. Como puede verse en la figura 2, Gastos de la Unión Europea en recursos naturales suponen alrededor de 11% de su presupuesto (15.000 millones de euros). Todos estos esfuerzos están ayudando a mantener algunas especies fuera de peligro, aunque muchas otras siguen en peligro porque su se destruyen hábitats o incluso porque se desconocen algunas de sus características especiales. Por ello, deberían asignarse más recursos investigar estas especies para protegerlas de los cambios del entorno natural producidos por el hombre.

Fig. 2.- Presupuesto europeo 2012

Además de los gobiernos, existen varias organizaciones creadas para preservar la naturaleza y las especies animales, como por ejemplo Vida salvaje en el mundo (WWF), Federación Nacional de Vida Silvestre o Greenpeace. Estas organizaciones disponen de cuantiosos recursos (el presupuesto del WWF supera los 200 millones de dólares) que utilizan para preservar ecosistemas y zonas de importancia ecológica en todo el mundo.

Redes inalámbricas de sensores (WSN) pueden ayudar a vigilar las condiciones medioambientales dentro de estas zonas, ecosistemas o hábitats de diferentes especies, permitiendo un registro de datos más fácil, rápido y barato, lo que redundará en una mejor utilización de los recursos de cada organización o gobierno.

Proyecto QUIROTEC

El sistema QUIROTEC ha sido desarrollado por Galicia inalámbrica, empresa española dedicada a los sistemas de comunicación inalámbricos, y este proyecto se ha desplegado en el Parque Nacional de las Islas Atlánticas de Galicia. Este sistema es capaz de monitorizar varios parámetros (Temperatura, Luminosidad, Humedad y Ultrasonidos) para estudiar el hábitat de los murciélagos y determinar si los murciélagos están presentes dentro de un área específica.

Fig. 3.- Localización del proyecto

QUIROTEC tiene como objetivo la monitorización y estudio del hábitat de los murciélagos mediante redes inalámbricas de sensores. Se trata de un proyecto multidisciplinar en el que las nuevas tecnologías favorecerán la obtención de datos para el estudio de la presencia y abundancia relativa de murciélagos fuera de sus refugios y las variables que pueden explicar este hecho.

Integrar sensores de ultrasonidos junto con sensores ambientales como temperatura, humedad o luminosidad, permitirá monitorizar estos parámetros en un gran número de plazas y durante un largo periodo de tiempo. Los especialistas en murciélagos aprovecharán esta potente herramienta consultando los datos sin tener que invadir el entorno en el que viven los murciélagos.

La presencia de un murciélago en un lugar depende de la hora, la temperatura, las precipitaciones, la humedad, la presión atmosférica, la velocidad del viento, la luminosidad y la presencia de alimento. En su conjunto, estos parámetros establecen las distintas variables que explican la presencia de murciélagos en un lugar concreto. QUIROTEC medirá algunos de estos parámetros con el fin de ayudar a los científicos determinar las condiciones que provocan que los murciélagos vivan en una zona concreta.

La solución

Este proyecto puede explicarse mejor con el siguiente diagrama:

Fig. 4.- Diagrama de solución

Uso de las motas QUIROTEC Waspmotes y se han desplegado en varios lugares del Parque Nacional, midiendo distintos parámetros:

• Temperatura
• Humedad relativa
• Luminosidad
• Ecografías

Estos sensores se conectan al Waspmote a través de sus entradas analógicas (sensores de temperatura, humedad y luminosidad) y mediante una placa especial diseñada para este proyecto. Para detectar la presencia de murciélagos se utiliza un micrófono ultrasónico, que tiene una frecuencia de funcionamiento cercana a la de los murciélagos (45KHz).

Para saber dónde se encuentra este sensor, cada Waspmote puede integrar un GPS, que proporciona información precisa sobre la posición y la hora.

Libelium ofrece varios módulos inalámbricos para el comunicación por radio:

Modelo	Protocolo	Frecuencia	Potencia TX	Sensibilidad	Gama*
XBee-802.15.4	802.15.4	2,4 GHz	1 mW	-92 dB	500 m
XBee-802.15.4-Pro	802.15.4	2,4 GHz	63 mW	-100 dBm	7000 m
XBee-ZigBee	Zigbee-Pro	2,4 GHz	2 mW	-96 dBm	500 m
XBee-ZigBee-Pro	Zigbee-Pro	2,4 GHz	50 mW	-102 dBm	7000 m
XBee-868	RF	868 MHz	315 mW	-112 dBm	12 km
XBee-900	RF	900 MHz	50 mW	-100 dBm	10 km
XBee-XSC	RF	900 MHz	100 mW	-106 dBm	12 km

Para que podamos alcanzar hasta 40 km con línea de visión (LOS) utilizando el módulo de 868 MHz. También es posible transmitir los datos a través de GPRS/3G, como módulo de radio secundario para una mejor disponibilidad y redundancia en situaciones en las que es crítico garantizar la recepción del mensaje. El sitio GPRS/3G es cuatribanda (puede operar en 4 bandas diferentes, por lo que es compatible con cualquier proveedor de conexión celular), por lo que es capaz de funcionar en todo el mundo, por lo tanto este proyecto que estamos describiendo es adecuado para cualquier país.

Una de las principales características del Waspmote es su bajo consumo de energía:

• 9 mA, modo ON
• 62 μA, modo de espera
• 0,7 μA, modo de hibernación

Para ahorrar batería, el Waspmote pasa la mayor parte del tiempo en modo reposo. Al cabo de unos minutos (programables por el usuario), Waspmote se despierta, lee de los sensores, implementa la comunicación inalámbrica y pasa de nuevo al modo de reposo. Cada dispositivo puede alimentarse con baterías recargables y un panel solar, lo que hace que el sistema sea muy autónomo.

Proceso de implantación

Para obtener una medición precisa, los sensores se han calibrado en laboratorios profesionales con el fin de ofrecer los mejores resultados en este proyecto. Por una parte, sensores ambientales se han calibrado y se ha comprobado su rendimiento para garantizar un comportamiento correcto de todo el sistema. Por otra parte, sensor de ultrasonidos junto con una placa especial para devolver un valor diferente si se detecta la presencia de un murciélago.

Waspmote, los sensores y la batería se colocaron dentro de una caja IP66 para poder colocarlos en el exterior. Como la ubicación es una isla, estos nodos están expuestos a las propiedades corrosivas de la sal marina durante un largo periodo de tiempo. Se realizaron numerosas pruebas para comprobar el correcto comportamiento del sistema en este escenario.

Fig. 6.- Waspmote y sensores colocados dentro de la caja

Estos nodos son dormir durante el díaconsumiendo sólo 62uAe iniciar la vigilancia al anochecer. Por defecto, los parámetros se obtienen cada minuto aunque este tiempo es configurable. Los nodos QUIROTEC se alimentan mediante una batería de litio que se recarga con el panel solar. Aprovechando las funciones de ahorro de energía de Waspmote y energía solarEstas motas son autónomo.

Fig. 7.- a) Waspmote alimentado por un panel solar. b) Pipistrellus pipistrellus (murciélago)

Los datos de los sensores se envían a un nodo central que recoge todos los datos y los almacena en una base de datos. Esta base de datos es accesible desde cualquier ordenador autorizado gracias a una red WiMax desplegada previamente por Wireless Galicia. De este modo, un científico puede acceder a los datos de los sensores desde su laboratorio sin tener que desplazarse a un lugar concreto.

Gracias a este proyecto, se podrán monitorizar las condiciones ambientales del hábitat de los murciélagos para estudiar sus principales características y entender por qué esta especie vive en un lugar concreto. A mejor comprensión de las condiciones que necesitan estos animales para vivir en una zona concreta redundará en una mejor conservación de esta especie y en una mejor coexistencia con el ser humano.

Si está interesado en Waspmoteestaremos encantados de ayudarle a diseñar su sistema. Puede solicitar una oferta de Waspmote aquí.

Más información sobre el proyecto y su despliegue en el siguiente vídeo:

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