A maneira mais rápida de rastrear um peixe é usar a nuvem, figurativamente falando. Um novo receptor acústico, desenvolvido por pesquisadores do Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) e publicado no IEEE Internet of Things Journal , envia dados de rastreamento de peixes quase em tempo real para a nuvem digital, fornecendo informações oportunas aos operadores de barragens e tomadores de decisão sobre quando, onde e quantos peixes devem passar pelas barragens. Em vez de depender de estimativas sazonais de migração de peixes de anos anteriores, esses dados de peixes marcados suportam decisões mais informadas sobre operações de barragens que afetam a passagem de peixes.
"Este receptor fornece dados atualizados para os operadores de barragens para ajudar a tomar decisões informadas do dia-a-dia em apoio à passagem de peixes, como ajustar o fluxo de água quando fica claro que um grande grupo de peixes juvenis está se aproximando da barragem ", disse Jayson Martinez, engenheiro mecânico da PNNL que co-desenvolveu o receptor.

As barragens hidrelétricas são uma importante fonte de energia renovável confiável, gerando cerca de seis por cento da eletricidade total nos Estados Unidos. Ajudar os peixes a navegar com segurança é uma parte fundamental da redução do impacto ambiental das barragens. O novo receptor é uma peça fundamental do quebra-cabeça no esforço contínuo para melhorar a passagem de peixes.

Atualizações na hora

Para rastrear um peixe, você precisa de dois equipamentos:um transmissor localizado no próprio peixe e um receptor na água para captar o sinal transmitido. Martinez e Daniel Deng, bolsista do PNNL Laboratory e engenheiro mecânico, desenvolveram a nova tecnologia de receptor com seus colaboradores como parte de um esforço de longo prazo para melhorar tanto os transmissores quanto os receptores.

“Nas últimas duas décadas, a telemetria acústica tem sido a ferramenta de escolha dos pesquisadores para fornecer rastreamento remoto de peixes de alta precisão”, explicou Deng. "Estamos trabalhando para fazer transmissores melhores e menores que possam ser usados ​​para estudar mais espécies de peixes e estágios de vida. Mas melhorar o transmissor é apenas metade do desafio, a outra metade é melhorar o receptor."

Os receptores atualmente disponíveis vêm com algumas limitações significativas. Os receptores cabeados podem transmitir dados para a costa em tempo real, mas devem ser alimentados por infraestrutura em terra, o que limita sua localização a áreas onde a energia está disponível. Receptores autônomos podem ser implantados em locais sem cabeamento e infraestrutura em terra, mas devem armazenar informações de rastreamento localmente até que possam ser coletadas manualmente, o que significa que os dados de rastreamento de peixes não estão disponíveis em tempo real. Para resolver essas limitações, Martinez, Deng e seus colaboradores desenvolveram um receptor acústico autônomo que pode carregar informações sem fio para a nuvem enquanto implantado debaixo d'água em locais remotos ou de difícil acesso ao longo de córregos e rios.

“Nosso objetivo final é tentar fornecer informações em tempo real sobre a localização e saúde dos peixes, e este receptor é um grande passo para esse objetivo, fornecendo atualizações de dados por hora para os operadores de barragens”, disse Deng.

Computação no limite

A transmissão de dados sem fio debaixo d'água é um processo extremamente lento - até 3 milhões de vezes mais lento do que a velocidade média da Internet a cabo doméstica. Para contornar esse problema, os pesquisadores usaram a computação de borda para minimizar a quantidade de dados que precisam ser transferidos sem fio do submarino para a nuvem. A computação de borda é uma abordagem que permite o processamento de dados aprimorado e eficiente, aproximando a computação da própria fonte de dados - nesse caso, os dados de rastreamento de peixes são processados ​​no receptor antes de serem transmitidos para a nuvem.

Normalmente, quando peixes marcados com transmissores acústicos nadam por receptores autônomos, esses dados são coletados e armazenados localmente até que alguém visite o receptor e baixe os dados. Isso não apenas leva tempo e dinheiro, mas também envolve importantes considerações de segurança, porque os pesquisadores geralmente precisam navegar até o receptor de barco. Além disso, não é infalível.

"E se você precisar deixar um receptor de fora por dois meses antes que alguém possa coletar os dados? Se algo der errado com o receptor durante esse período - como um sensor sendo inundado com água ou uma bateria acabando - não há como saber isso, então você pode perder os dois meses inteiros de dados", disse Martinez.

A incorporação da computação de borda no novo receptor elimina esses problemas. The new receiver collects data from fish transmitters as the fish swim by, then processes and compresses the data. Every hour, the compressed data is wirelessly sent to a small modem located onshore, which uploads the data directly to the cloud, where dam operators and decision-makers can access it. This provides near-real-time fish tracking and a heads up if something goes wrong with the receiver so any issues can be resolved quickly, minimizing data loss.

"There's a lot of energy saved during data transmission, which translates to more data that can be transmitted with less power, making the system more robust and efficient," explained Martinez. "You could even potentially run the onshore acoustic modem using renewable energy, like a solar-powered battery."

More than just a fish tracker

Another exciting aspect of the receiver is its potential to do much more than track fish—it's a flexible platform that could accommodate multiple sensors to collect a variety of data. These receiver platforms could provide simultaneous near-real-time data on water quality and environmental conditions along with fish location, answering valuable questions about fish and river health in a changing climate.

"Real-time information about fish location and environmental conditions, including in remote or difficult to access areas, are potentially very valuable for building environmental models to understand river habitats and fish populations in light of climate change," said Martinez.

Now that the receiver has been demonstrated in a controlled testing environment, the scientists plan to adapt it for a large-scale deployment in the future. In addition to Martinez and Deng, the team included PNNL researchers Yang Yang, Robbert Elsinghorst, Hongfei Hou, and Jun Lu. Deng holds a joint appointment at Virginia Tech. + Explorar mais

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