Monitorar e medir os ecossistemas florestais é um desafio complexo devido a uma combinação existente de softwares, sistemas de coleta e ambientes de computação que exigem quantidades crescentes de energia para alimentar. O laboratório de Redes de Sensores Sem Fio (WiSe-Net) da Universidade do Maine desenvolveu um novo método de uso de inteligência artificial e aprendizado de máquina para tornar o monitoramento da umidade do solo mais eficiente em termos de energia e custo – um método que poderia ser usado para tornar a medição mais eficiente em toda a floresta ecossistemas do Maine e além.
A umidade do solo é uma variável importante em ecossistemas florestais e agrícolas, particularmente sob as recentes condições de seca dos verões anteriores do Maine. Apesar das redes robustas de monitoramento da umidade do solo e dos grandes bancos de dados disponíveis gratuitamente, o custo dos sensores comerciais de umidade do solo e a energia que eles usam para funcionar podem ser proibitivos para pesquisadores, silvicultores, agricultores e outros que rastreiam a saúde da terra.

Juntamente com pesquisadores da Universidade de New Hampshire e da Universidade de Vermont, a WiSe-Net da UMaine projetou uma rede de sensores sem fio que usa inteligência artificial para aprender como ser mais eficiente em termos de energia no monitoramento da umidade do solo e no processamento dos dados. A pesquisa foi financiada por uma bolsa da National Science Foundation.

“A IA pode aprender com o ambiente, prever a qualidade do link sem fio e a energia solar recebida para usar energia limitada com eficiência e fazer uma rede robusta de baixo custo funcionar por mais tempo e com mais confiabilidade”, diz Ali Abedi, investigador principal do estudo recente e professor de eletricidade. e engenharia da computação na Universidade do Maine.

O software aprende ao longo do tempo como fazer o melhor uso dos recursos de rede disponíveis, o que ajuda a produzir sistemas com eficiência de energia a um custo menor para monitoramento em grande escala em comparação com os padrões existentes do setor.

A WiSe-Net também colaborou com Aaron Weiskittel, diretor do Centro de Pesquisa em Florestas Sustentáveis, para garantir que todas as pesquisas de hardware e software sejam informadas pela ciência e adaptadas às necessidades de pesquisa.

"A umidade do solo é o principal fator de crescimento das árvores, mas muda rapidamente, tanto diariamente quanto sazonalmente", diz Weiskittel. "Não tínhamos a capacidade de monitorar efetivamente em escala. Historicamente, usávamos sensores caros que coletavam em intervalos fixos - a cada minuto, por exemplo - mas não eram muito confiáveis. Um sensor mais barato e mais robusto com recursos sem fio como esse realmente abre as portas porta para futuras aplicações para pesquisadores e profissionais."

O estudo foi publicado em 9 de agosto de 2022, no International Journal of Wireless Information Networks da Springer. .

Embora o sistema projetado pelos pesquisadores se concentre na umidade do solo, a mesma metodologia pode ser estendida a outros tipos de sensores, como temperatura ambiente, profundidade da neve e outros, além de escalar as redes com mais nós de sensores.

"O monitoramento em tempo real de diferentes variáveis ​​requer diferentes taxas de amostragem e níveis de potência. Um agente de IA pode aprender isso e ajustar a coleta de dados e a frequência de transmissão de acordo, em vez de amostrar e enviar cada ponto de dados, o que não é tão eficiente", diz Abedi . + Explorar mais

A tecnologia sem fio mede a umidade do solo em várias profundidades em tempo real