Na periferia do campus da Virginia Tech, em um trecho de terra que poucos alunos visitam, pequenas caixas estão girando durante a mudança da estação para o inverno, coletando e transmitindo dados que tornarão mais fácil para os cientistas monitorar e coletar dados em paisagens.

Este teste de campo de um sistema de sensoriamento ambiental é uma etapa de um projeto entre a Faculdade de Recursos Naturais e Meio Ambiente; Tecnologias sem fio inovadoras, uma empresa líder de rede mesh sem fio com sede em Lynchburg, Virgínia; e o Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico do Departamento de Energia dos EUA. O projeto foi financiado por uma bolsa de Pesquisa Inovadora do Departamento de Energia para Pequenas Empresas com o objetivo de refinar, desenvolve, e desenvolver novas tecnologias.

"A convocação para esta concessão foi focada no monitoramento ambiental subterrâneo e no desenvolvimento de novas redes de sensores e plataformas de comunicação, "explicou Daniel McLaughlin, professor assistente do Departamento de Recursos Florestais e Conservação Ambiental e investigador principal da Virginia Tech no projeto. "O objetivo principal é avançar as maneiras pelas quais podemos monitorar o destino e o transporte de certos constituintes e contaminantes ambientais."

O sistema integrado de detecção de qualidade ambiental, chamado Envōk, é uma rede implantada pelo usuário composta de nós de microprocessamento sem fio que são capazes de se conectar a uma ampla variedade de sensores ambientais. Uma grade desses nós se comunica por meio de um gateway sem fio com um servidor que permite aos operadores controlar os sensores remotamente.

O teste deste sistema ocorre ao longo de Stroubles Creek, em um terreno dedicado ao Laboratório StREAM do Departamento de Engenharia de Sistemas Biológicos. Além de McLaughlin, Professor Associado Kevin McGuire e Professor Associado Brian Strahm, tanto do Departamento de Recursos Florestais e Conservação Ambiental, e o professor assistente Ryan Stewart da Escola de Ciências Ambientais e de Plantas da Faculdade de Agricultura e Ciências da Vida estão participando do projeto.

Matthew Fisher, o principal investigador da Innovative Wireless Technologies, descreveu o site como um local ideal para testar as capacidades do sistema. "Temos uma primeira versão do nosso produto acabado, e queríamos avaliar esse produto em uma simulação de campo, "disse ele." Virginia Tech está fornecendo essa avaliação. Eles estão pegando o sistema e, com o nosso apoio, eles vão avaliá-lo e ver se ele atende aos critérios que definimos para o projeto. "

Para pesquisadores da Virginia Tech, o teste e a avaliação do sistema Envōk abrangeram desde pequenas preferências de software até amplas considerações sobre capacidades de detecção e estruturas de monitoramento.

"Estamos avaliando e adaptando o sistema para atender às necessidades do usuário, variando de design de software e opções de instalação a quais tipos de saídas e sensores são mais úteis em aplicações de campo, "McLaughlin disse." Nós examinamos que tipo de gatilhos e habilidades de comunicação deveriam existir e que tipo de memória e configuração de bateria o sistema deveria ter. "

Um componente crucial para o sistema, além da facilidade de instalação e da precisão e confiabilidade do monitoramento de dados, está permitindo que os usuários incorporem uma ampla variedade de sensores em um sistema. "Existem muitos sensores disponíveis agora, e o que está ficando para trás é uma rede de sensores facilmente implantável que permitiria a uma equipe usar sensores de qualquer fornecedor e para uma ampla gama de parâmetros, "McLaughlin explicou.

Um outro objetivo do projeto é projetar um sistema que permita aos usuários "falar" com a rede de monitoramento usando dispositivos móveis ou computadores pessoais e alterar os dados coletados por sensores conforme as condições variam.

"Estamos nos concentrando na comunicação entre o usuário e a rede, mas também na comunicação entre os nós, onde as medições em um local de nó podem acionar protocolos de medição especificados em nós distantes, "McLaughlin disse." Digamos que um local de medição esteja em um riacho, e alguma condição pré-definida, como o aumento do nível da água, é acionada. Gostaríamos que esse nó tivesse a capacidade de dizer aos nós mais adiante na rede para, por exemplo, comece a gravar dados em um ritmo mais rápido. "

No site Stroubles Creek, sensores irão medir os níveis de água, dinâmica do solo, fluxos de carbono, e as condições do riacho nos próximos três meses. Os pesquisadores da Virginia Tech testarão o hardware e a durabilidade do sistema, os recursos de comunicação entre os nós e para o servidor, e ajustes em tempo real para medições de sensor que permitiriam modelagem adaptativa e análise de dados.

A próxima fase do projeto, com lançamento previsto para a primavera de 2019, será um teste de campo maior ao longo do rio Columbia, no estado de Washington, onde o Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico assumirá a liderança na verificação do produto Envōk conforme ele se encaminha para a comercialização.

"Estaremos implantando um sistema totalmente funcional no local de Hanford, uma antiga instalação de produção nuclear ao longo do rio, com cinco vezes o número de nós e tecnologias de sensor adicionais, "Fisher disse." Esse será o período de avaliação da produção, o teste final do sistema antes de iniciarmos a produção. "

O projeto tem o potencial de tornar a coleta e o processamento de dados de campo mais dinâmicos e fáceis para os cientistas.

"Este projeto não é apenas sobre o que podemos medir, mas sim desenvolver novas maneiras de fazer e comunicar essas medições, "McLaughlin disse." Nosso objetivo é uma rede de sensores facilmente implantável que seja flexível e com recursos de comunicação para medições em tempo real através de parâmetros e em grandes áreas de estudo. "