“Pamela” é um veículo de superfície não tripulado (USV) desenvolvido como uma ideia empreendedora na Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia (NTNU) para amostrar uma variedade de partículas de água de superfície, de microplástico a plâncton e piolhos de salmão. O USV é um esforço conjunto de uma equipe interdisciplinar – Andrea Faltynkova, Ph.D. candidato no Departamento de Biologia, e Artur Zolich, um pós-doutorado no Departamento de Engenharia Cibernética.
Faltynkova estuda microplásticos no oceano. Microplásticos são pedaços de plástico menores que 5 mm, que é aproximadamente o tamanho da ponta de um lápis. Embora os pesquisadores saibam que os microplásticos podem ter efeitos negativos em organismos marinhos ou de água doce, sabe-se menos sobre como eles afetam a saúde humana. Mas estudar microplásticos é um desafio devido à natureza da própria substância, diz ela.
“Os microplásticos são tão heterogêneos. É um grupo muito grande e diversificado de partículas. Não só isso, mas eles são distribuídos de forma muito desigual. O microplástico não é como outros poluentes dissolvidos que podem ser detectados mesmo em pequenas quantidades de água ou solo. Se você for e você pega um litro do mar e não há plástico nele, você pode concluir que não há plástico no mar?” ela perguntou.
“As pessoas saem com um barco e tiram amostras algumas vezes, e então tentam tirar conclusões com base na quantidade de plástico que pegaram. Mas nós realmente não temos ideia de quão boa é essa estimativa.” É isso que torna o veículo, que é um pouco maior que um aspirador de pó robô, um avanço especialmente bem-vindo na amostragem de microplásticos.
Simplicidade e rapidez
O principal projeto de pesquisa de Faltynkova é adaptar e desenvolver uma técnica chamada imagem hiperespectral para identificar e contar microplásticos. A imagem hiperespectral é uma tecnologia desenvolvida em meados da década de 1980 para estudar a Terra a partir de aeronaves ou do espaço. Agora é amplamente utilizado em tudo, desde o estudo de naufrágios subaquáticos até a identificação de diferentes tipos de tecidos humanos.
Esse tipo de imagem também é usado pela indústria de reciclagem para separar plásticos, tornando-se uma ferramenta perfeita para estudar microplásticos.
Este novo método enfatiza a simplicidade e velocidade; tudo o que Faltynkova precisa fazer é tirar uma foto de suas amostras usando uma câmera hiperespectral. O resto do trabalho é feito pelo modelo de computador que ela construiu para processar as imagens. O cluster de computação IDUN na NTNU permite que ela processe rapidamente grandes quantidades de dados para determinar quais tipos de plásticos foram coletados na amostra.
Mas há a questão de coletar amostras suficientes do oceano para que ela possa dizer algo significativo sobre o que encontrou.
Entra Pâmela.
Acoplando análise rápida com amostragem rápida
A maioria das amostras de microplásticos requer o reboque de uma rede atrás de um barco a uma velocidade muito baixa, o que é caro e demorado.
O uso de uma câmera hiperespectral por Faltynkova para catalogar diferentes tipos de plásticos de forma rápida e eficiente a partir de suas amostras significa que ela pode estudar muitas amostras. O baixo custo de Pamela e a capacidade de trabalhar de forma independente significam que Faltynkova pode usá-lo para coletar várias amostras rapidamente.
“O que estou tentando fazer é permitir uma análise rápida (com imagens hiperespectrais), combinada com um método que permite amostragem rápida”, disse ela. “Isso junto é o que realmente vai aumentar a capacidade geral de mapear e monitorar efetivamente a poluição plástica”.
Pamela, sustentada por seus dois grandes carros alegóricos laranja, como os da popular série Baywatch, pode percorrer um percurso pré-programado sem a necessidade de um pesquisador para acompanhar ou supervisionar o veículo enquanto ele faz seu trabalho, diz Zolich, que inventou o robô.
A colaboração de Faltynkova e Zolich foi iniciada pelo biólogo da NTNU Geir Johnsen, e tem sido apoiada por Tor Arne Johansen do Departamento de Engenharia Cibernética. Johnsen e Johansen são cientistas-chave do Centro de Operações e Sistemas Marítimos Autônomos (AMOS).
Inovação na solução de problemas
“Gosto de construir coisas que resolvam um problema”, diz Zolich, que trabalhou por vários anos na indústria antes de retornar à academia para fazer um doutorado. e depois um pós-doc.
O problema a resolver, neste caso, foi ajudar Faltynkova com sua amostragem de microplásticos.
O Pamela foi projetado com base nas necessidades reais dos usuários e continua a evoluir em resposta ao feedback dos primeiros usuários. Sua arquitetura de sistema avançada usa componentes COTS (comercial-off-the-shelf) acessíveis, de nível de consumidor, sempre que possível e usa componentes de prototipagem rápida para peças personalizadas. A combinação torna o robô conveniente de usar e fácil de melhorar.
“Este veículo é muito modular”, disse Zolich. “Ele pode ser especializado de várias maneiras. Eu imagino que ele se torne mais especializado com base no que os pesquisadores querem amostrar.”
Entre as outras vantagens do veículo está que ele pode ser operado independentemente de um barco ou da costa, o que significa que não há rastro de barco que afete sua capacidade de coletar amostras de água. O Pamela pode ser facilmente usado por pesquisadores que viajam para locais remotos. Ele cabe na bagagem despachada, suas baterias podem ser transportadas em um avião, para que os pesquisadores não precisem se preocupar em enviar o amostrador com antecedência.
O robô está sendo desenvolvido com uma doação de inovação Discovery de NOK 200.000 do Escritório de Transferência de Tecnologia da NTNU. Nos últimos 6 meses, Zolich e Faltynkova trabalharam com uma equipe da TTO para investigar o potencial de mercado da USV, questões de propriedade intelectual, design de robôs e futuras estratégias de negócios.
Diversificação de aplicações e interesse internacional
Quando os colegas de biologia marinha de Faltynkova viram Pamela, imediatamente começaram a perguntar se ela poderia ser adaptada ao seu trabalho. Ela usa o veículo robótico para rebocar um tipo de rede comumente usada pelos biólogos, chamada rede de plâncton, para coletar amostras de água de superfície para microplásticos.
“Apenas através de conversas com colegas, eles diziam: ‘Ei, eu também uso redes de plâncton. Posso usá-las para piolhos de salmão? Posso usá-las para amostragem de fitoplâncton? Posso usá-las para zooplâncton?’ Essa foi uma das coisas que realmente não prevíamos”, disse ela.
O robô foi apresentado oficialmente a um público mais amplo no 9º Simpósio Norueguês de Toxicologia Ambiental e em um workshop para pesquisadores de microplásticos em Atenas, Grécia. Os pesquisadores também foram contatados por grupos internacionais, incluindo a ONG holandesa The Ocean Cleanup e o California State Water Resources Board.
Pamela está atualmente sendo testada para amostrar piolhos de salmão como parte de um estudo maior conduzido pela NTNU e pesquisadores do Instituto Norueguês de Pesquisa da Natureza. Os pesquisadores, incluindo o professor Bengt Finstad e Ph.D. candidato Nathan Mertz, desenvolveram um amostrador passivo para observar as concentrações de larvas de piolhos de salmão – que é o estágio em que eles se espalham mais amplamente. Zolich mudou a localização da rede de amostragem em Pamela para que ela também pudesse amostrar piolhos de salmão. Ele agora está sendo testado junto com os amostradores passivos.
“Vemos que nosso robô pode reduzir muito os custos de amostragem do trabalho de campo e melhorar a qualidade da pesquisa com mais amostras”, disse Zolich. “Estamos muito abertos para expandir nossa rede de colaboração e estamos procurando ativamente pesquisadores e instituições que gostariam de experimentar nosso robô em seu trabalho”.
Publicado em 13/08/2022 09h19
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