Como você mapeia algo que é invisível e inodoro? Pesquisadores da Universidade de Oslo treinaram drones para encontrar por conta própria os melhores locais para medir os gases de efeito estufa.



“Estimar esses fluxos de gás não é fácil. Estamos realmente na vanguarda do que é feito neste campo”, diz Ph.D. candidata Alouette van Hove no Departamento de Geociências da UiO.

Imagine a tundra em Svalbard. Ou as vastas turfeiras congeladas da Sibéria. Durante milhares de anos, o permafrost garantiu que o carbono nos pântanos permanecesse intacto, mas agora está a ficar mais quente. Metano e CO₂ gás está sendo liberado. Agora os gases estão subindo do solo para a atmosfera.

“Ser capaz de mapear fluxos, ou trocas, de gases de efeito estufa na superfície da Terra é necessário para garantir a qualidade e calibrar os modelos climáticos”, diz van Hove.

Quilômetro após quilômetro de turfeiras. Aqui, entre o solo turfoso e o ar acima, há uma troca, um fluxo, de gases. São peças importantes na equação climática global, mas as estimativas que os investigadores utilizam nos modelos climáticos são incertas.

O fato de os gases se diluirem assim que saem para o ar e serem levados pelo vento e pelo clima não facilita as coisas. Parte da solução poderia ser medir as emissões perto do solo, utilizando drones.

“O que podemos fazer é estimar os fluxos através de observações. Desta forma, podemos ajustar os modelos com medições reais”, diz van Hove.

Sistemas de medição inteligentes

Imagine que é sua tarefa medir esses fluxos de gás. Mas a área que você está examinando tem centenas de quilômetros quadrados. Onde eles estão? Onde você deve medir?

"Os gases são invisíveis e não têm cheiro. Só podem ser detectados com um analisador de gases. Mas se você tiver uma área de 100 x 100 quilômetros quadrados, não poderá investigar cada metro", diz o pesquisador Norbert Pirk.

Ele lidera o projeto de pesquisa ACTIVATE, que significa "Aprendendo ativamente o design experimental na ciência do clima terrestre". O projeto visa pesquisar e desenvolver sistemas de medição inteligentes para uso em pesquisas climáticas.

Drones são usados ​​para realizar as medições atmosféricas. Eles serão usados ​​para estimar a troca de carbono, água e energia entre a superfície da Terra e a atmosfera. As medições são combinadas com dados de satélites, bem como de instalações de medição móveis ou estacionárias.

“Estamos preocupados com a interação entre a superfície terrestre e a atmosfera. Entre estes, há uma troca de importantes gases de efeito estufa. São estes que devemos encontrar", diz Pirk.

E o vento levou

Juntando-se à busca por esses hotspots, os pesquisadores contam com o Drone Lab da Universidade de Oslo. Aqui, vários drones estão prontos para sair em missões a serviço da pesquisa climática. Mas primeiro, eles precisam de treinamento. Ph.D. o candidato van Hove certificou-se disso.

"Você não pode simplesmente entrar em uma área e fazer uma varredura com o drone. Há simplesmente muito para medir. Além disso, as condições climáticas farão com que se você medir dez minutos depois, tudo parecerá diferente", diz van Hove.

Para obter a estimativa mais precisa dos fluxos de gás, eles devem medir nos locais e horários mais informativos.

“Devemos otimizar o tempo que usamos com o drone”, diz van Hove.

Ela desenvolveu um método em que eles usam o aprendizado orientado à recompensa – “aprendizado por reforço” – para treinar os drones para saber onde procurar os melhores lugares para medir.

“Para treinar os drones, criamos um ambiente artificial, onde os drones podem praticar. Eles recebem uma recompensa cada vez que fazem um movimento que se revela útil.”

Dessa forma, o drone pode saber se virar para um lado em vez de para o outro foi uma boa decisão.

“Isso pode ser comparado ao treinamento de cães. Usamos recompensas para treinar o drone para escolher a melhor ação”, diz van Hove.

Tenta, falha e aprende

Na prática, tudo isso acontece dentro de um programa de computador, onde as “recompensas” dos drones nada mais são do que uma função específica do programa. Os drones são executados em experimentos de “tentativa e erro”, onde o drone pode se mover dentro de uma determinada área. Nesta área, os drones podem realizar um determinado número de ações (avançar, retroceder, subir, descer, etc.), mas não podem sair da área.

“Assim, são dadas ‘recompensas’ para escolhas de ações que, após um certo tempo, levam a um resultado o mais próximo possível da verdade, ou seja, o fluxo de gás”, diz van Hove.

Por meio de experimentos, van Hove conseguiu mostrar que esses drones treinados podem encontrar e medir esses pontos críticos de CO₂ emissões com mais precisão do que se o drone realizasse uma busca pré-programada. Isso ocorre mesmo que o drone na busca pré-programada esteja configurado para sobrevoar o CO₂ fonte.

“Mostramos que é possível treinar drones para estimar um parâmetro, sem a necessidade de conhecimento prévio do verdadeiro valor do parâmetro”, diz van Hove.

Agora, os drones treinados serão testados na prática. Em breve, Pirk e van Hove levarão 12 drones para Svalbard.

“Agora vamos testar os drones em campo. Depois eles poderão praticar a tomada de decisões enquanto estiverem no ar”, diz Pirk.

O objetivo é poder colocar os drones para trabalhar em vários observatórios no Ártico, onde existe atualmente uma particular falta de dados observacionais.

“O projeto ACTIVATE durará cinco anos e penso que as campanhas de medição se tornarão maiores e mais complexas ao longo do projeto”, diz Pirk, que prevê ter 12 drones em operação em Svalbard no verão de 2025.

Fornecido pela Universidade de Oslo