Una red de sensores toma el pulso a un bosque

En plena naturaleza, en las monta?as de San Jacinto, a lo largo de un empinado ca?¨®n, los cient¨ªficos est¨¢n convirtiendo 120.000 metros cuadrados de pinos y otros ¨¢rboles de California en una visi¨®n futurista de un estudio medioambiental. Est¨¢n conectando m¨¢s de 100 peque?os sensores, robots, c¨¢maras y ordenadores, que empiezan a esbozar un retrato inusualmente detallado de este exuberante mundo, el hogar de m¨¢s de 30 especies singulares y amenazadas. Gran parte de la instrumentaci¨®n es inal¨¢mbrica. Dispositivos del tama?o de una baraja de cartas -conocidos como motas, por las motas de polvo- pueden medir la luz, la velocidad del viento, la lluvia, la temperatura, la humedad y la presi¨®n barom¨¦trica, y as¨ª detectar la presencia de un cuerpo caliente o seguir los progresos de un viento fr¨ªo por el ca?¨®n. "Es muy agradable estar en el bosque con un ordenador, conectarse a Internet y ver todas estas motas en acci¨®n", afirma Eric A. Graham, bi¨®logo de la Universidad de California, Los ?ngeles, que est¨¢ estudiando el bosque, conocido como la Reserva James. "Es una visualizaci¨®n en tiempo real de una gran zona. Es una nueva ciencia".

El objetivo es el estudio a largo plazo del impacto temporal, clim¨¢tico o humano

Esta ciencia se est¨¢ expandiendo, con una inversi¨®n total en Estados Unidos de m¨¢s de 780.000 millones de euros en redes de sensores, no s¨®lo previstos para tierra firme, sino para lugares como el r¨ªo Hudson y las profundidades del Pac¨ªfico. La ecolog¨ªa, hist¨®ricamente una ciencia menor, se est¨¢ haciendo a la vez mucho m¨¢s grande y mucho m¨¢s peque?a. La r¨¢pida miniaturizaci¨®n de las tecnolog¨ªas para c¨¢maras, tel¨¦fonos m¨®viles y ordenadores inal¨¢mbricos est¨¢ permitiendo a los cient¨ªficos construir innovadoras redes de peque?os sensores que, seg¨²n dicen, dar¨¢n origen a una nueva era de comprensi¨®n ecol¨®gica y, con el tiempo, ayudar¨¢n a salvar el planeta. "Es tremendamente importante", dice Deborah Estrin, directora del Centro de Redes de Sensores Incorporados de UCLA. Afirma que los logros podr¨ªan competir con los de la introducci¨®n de instrumentos como el microscopio. "Piensa en los esc¨¢neres de onda milim¨¦trica y TAC y en su impacto en la ciencia m¨¦dica", se?ala Estrin. "Eso es lo que estamos intentando conseguir".

Es una especialidad joven, pero los expertos dicen que el ¨¦xito obtenido en ensayos como el del bosque de California demuestran la promesa de las redes de peque?os sensores, a menudo inal¨¢mbricos, de bajo coste, que se conectan mediante cables y redes de alta tensi¨®n. En los pr¨®ximos a?os y d¨¦cadas, los cient¨ªficos pretenden desplegar millones de dispositivos de este tipo en grandes extensiones durante largos per¨ªodos de tiempo, abriendo as¨ª nuevas ventanas a la naturaleza. "El potencial de la ciencia medioambiental es incre¨ªble", afirma Alexandra Isern, directora de programas de la National Science Foundation. "Con esta tecnolog¨ªa, podemos empezar a entender qu¨¦ es un acontecimiento y qu¨¦ es normal. Cada vez reconocemos m¨¢s c¨®mo funcionan distintos procesos medioambientales a diferentes frecuencias. Para comprenderlo, hay que realizar mediciones constantemente".

Los cient¨ªficos esperan aprender m¨¢s sobre contaminantes del suelo, cambios en el terreno, flujos acu¨¢ticos, especies invasoras, ciclos oce¨¢nicos, formaci¨®n de continentes, los lugares en los que se almacena el carb¨®n atmosf¨¦rico, los motivos por los que entran en erupci¨®n los volcanes y el modo en que los virus y los fragmentos gen¨¦ticos se mueven por el medio ambiente. Las motas poseen procesadores inform¨¢ticos y sensores hechos a medida, son inal¨¢mbricas y se alimentan con bater¨ªas o c¨¦lulas solares, permitiendo a los cient¨ªficos utilizarlas en lugares remotos y transportarlas de un lado a otro.

Algunos de sus emplazamientos ser¨¢n permanentes. Esa continuidad se considera vital para comprender mejor c¨®mo est¨¢n alterando los humanos el planeta. "El objetivo es la investigaci¨®n a largo plazo del impacto temporal, clim¨¢tico o humano. Es un gran cambio", se?ala Robert S. Detrick, de la Instituci¨®n Oceanogr¨¢fica Woods Hole.

La nueva ola est¨¢ impulsada por la miniaturizaci¨®n de la electr¨®nica y el desarrollo de nuevos materiales que permiten radios, ordenadores, sensores y bater¨ªas incluso m¨¢s peque?os. Otro factor es la National Science Foundation (NSF) que ha invertido ya m¨¢s de 80 millones de euros para promover la planificaci¨®n e investigaci¨®n de nuevas redes de sensores, y prev¨¦ m¨¢s de 8.000 millones de euros en grandes proyectos ecol¨®gicos, principalmente observatorios. Y otro factor m¨¢s es el Departamento de Defensa. En los a?os noventa, su Agencia de Proyectos de Investigaci¨®n Avanzada financi¨® a universidades para que redujeran m¨®dulos informatizados para muchos tipos de sensores a tama?o liliputiense (en un caso m¨¢s peque?o que una moneda de un c¨¦ntimo). El equipo los bautiz¨® motas y polvo inteligente.

A decenas de miles de kil¨®metros de California, los cient¨ªficos est¨¢n iniciando una actividad similar, pero m¨¢s h¨²meda. Dise?an robots, sensores inal¨¢mbricos y ordenadores flotantes en un esfuerzo por comprender m¨¢s y mejorar la calidad del agua del r¨ªo Hudson. El proyecto, conocido como RiverNet, consiste en unas dos docenas de instrumentos en total. Financiado por la NSF, pretende rastrear los residuos de fertilizantes de las granjas, el calor procedente de las plantas energ¨¦ticas, el crecimiento de las algas y contaminantes como los bifenilos policlorados. "Supongamos que tenemos un vertido contaminante", propone Sandra A. Mierzwicki-Bauer, del Instituto Polit¨¦cnico Rensselaer de Troy, Nueva York. "Esto nos permite realizar un seguimiento inmediato para poder responder mucho m¨¢s r¨¢pidamente y mitigar los da?os".

Mejorar el control

M¨¢s all¨¢ de esas demostraciones reside un mundo en ciernes de redes muy extensas que combinan motas y equipos port¨¢tiles con tecnolog¨ªas m¨¢s amplias para mejorar la profundidad, duraci¨®n y alcance del control. El proyecto EarthScope de la NSF, de 160 millones de euros, est¨¢ construyendo 3.000 estaciones que rastrear¨¢n temblores leves, calcular¨¢n la deformaci¨®n de la corteza terrestre y realizar¨¢n mapas tridimensionales del interior de la Tierra desde la corteza hasta el n¨²cleo. Unos 2.000 instrumentos m¨¢s ser¨¢n m¨®viles -inal¨¢mbricos o alimentados por energ¨ªa solar o e¨®lica- y se trasladar¨¢ una ola de dispositivos desde California a todo el pa¨ªs en el transcurso de una d¨¦cada. El objetivo es descubrir los secretos de c¨®mo se form¨® y evolucion¨® el continente, revolucionando el estudio de volcanes, sistemas de fallas, dep¨®sitos minerales y terremotos. Iniciado en 2003, EarthScope se completar¨¢ en 2008 y proseguir¨¢ hasta 2023. "Es la mayor empresa de la historia de la geociencia", afirma Gregory E. van der Vink, de EarthScope, con sede en Washington. "Se trata de equipar Norteam¨¦rica".

El mundo biol¨®gico tiene su propio megaproyecto, La Red Nacional de Observatorios Ecol¨®gicos, o NEON, por sus siglas en ingl¨¦s, cuya construcci¨®n se espera que comience en 2007. Uno de los objetivos es realizar un seguimiento de especies invasoras, que provocan unas p¨¦rdidas agr¨ªcolas de m¨¢s de 80.000 millones de euros al a?o. Otra es pronosticar cambios en la biosfera que pueden acompa?ar a las variaciones clim¨¢ticas.

Tal vez el proyecto que supone m¨¢s retos sea Neptune. Colocar¨¢ casi 3.200 kil¨®metros de cables salpicados de sensores, c¨¢maras y robots inal¨¢mbricos a trav¨¦s de las oscuras profundidades del Pac¨ªfico, desde California hasta Canad¨¢. Cruzar¨ªa la placa de Juan de Fuca, el bloque de corteza que bulle con terremotos, volcanes submarinos, colonias de gusanos tubo y organismos ex¨®ticos que se desarrollan en ardientes fisuras. Neptune costar¨¢ unos 160 millones de euros, aproximadamente un tercio aportado por Canad¨¢. Su objetivo es estudiar todo el entorno oce¨¢nico desde debajo del lecho marino hasta la superficie, para responder a preguntas fundamentales.