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Una aplicación de la Astronomía para salvar especies en peligro de extinción

Seguir rinocerontes, censar lobos grises o encontrar cazadores furtivos, son solo algunas de las capacidades innovadoras del primer proyecto que combina la tecnología dron con la astrofísica, liderado por la Universidad John Moores de Liverpool y en el que participa un investigador del IAC.

Hace cuatro siglos, Galileo inició una revolución apuntando su telescopio al cielo. Ahora, un equipo multidisciplinar formado por astrofísicos y ecólogos ha invertido la perspectiva, apuntando sus cámaras hacia la tierra para ayudar a la conservación de especies en peligro de extinción. En este caso, la revolución consiste en combinar el uso de aviones no tripulados (drones), equipados con cámaras infrarrojas, con técnicas de detección utilizadas para analizar las imágenes astronómicas.

Una parte importante de la investigación en conservación consiste en vigilar la distribución y densidad de las poblaciones de animales, tarea que generalmente se realiza mediante sondeos sobre el terreno (a pie o en coche), desde el aire con aviones tripulados o desde el espacio usando satélites. En los últimos años, el uso de drones equipados con cámaras ha permitido abaratar los costes de estos estudios, así como llegar a zonas de difícil acceso.

Imagen infrarroja térmica en falso color de una manada de rinocerontes tomada con un dron en el Knowsley Safari Park (Reino Unido). Créditos: Serge Wich, Andy Goodwin (Remoteinsights), James Crampton, Maisie Rashman, Maria de Juan Ovelar, Steven Longmore. LJMU y Knowsley Safari Park.

Hasta ahora, la mayor parte de los estudios con drones ha utilizado cámaras en el rango visible (la luz que detecta del ojo humano), lo que tiene dos limitaciones. Por un lado, estas cámaras son útiles solo durante el día, de forma que no pueden usarse para monitorizar la actividad de un gran número de especies que son activas por la noche o identificar la caza furtiva. Por otro lado, en el visible todos los objetos tienen un brillo muy similar, lo que dificulta enormemente hacer una separación automática entre los objetos estudiados y todo lo que los rodea. Las cámaras infrarrojas, por el contrario, pueden utilizarse tanto de día como de noche  y, además, la diferencia entre la temperatura corporal de los animales y el entorno hace que sus emisiones en el rango infrarrojo térmico estén bien diferenciadas.

Sin embargo, las herramientas de análisis en el rango infrarrojo están menos desarrolladas que en el visible y, de hecho, muchos estudios utilizan técnicas manuales tediosas para la detección e identificación de especies. El estudio que se publica hoy en la revista International Journal of Remote Sensing, liderado por investigadores de la Universidad John Moores de Liverpool (LJMU) y en el que participa el investigador del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) Johan Knapen, ha utilizado software libre de detección de fuentes astronómicas para aplicarlo a la detección de seres humanos y diferentes especies de animales en imágenes infrarrojas obtenidas con drones.

Steven Longmore, científico del Instituto de Investigación Astrofísica de la LJMU y primer autor del artículo, explica cómo ha sido esto posible: “Los astrofísicos hemos usado cámaras infrarrojas desde hace décadas. Lo que ha resultado crucial en este estudio es que las técnicas que hemos desarrollado para encontrar y caracterizar los objetos más distantes del Universo son exactamente las que hacen falta para encontrar e identificar animales en imágenes térmicas con drones”. Cada especie tiene un perfil de calor diferente que actúa como una ‘huella térmica’. “Nuestro objetivo – apunta Longmore- es construir una completa base de huellas y un programa automatizado de identificación que sirva como base para todos los esfuerzos futuros en este campo.”

Johan Knapen ve esta nueva aplicación con emoción: “No sólo es una colaboración fantástica entre dos campos de la ciencia: la astronomía y la ecología, sino que también introduce el uso de los drones en el conjunto de herramientas tecnológicas que utilizamos para obtener imágenes térmicas, incluyendo telescopios espaciales y terrestres”.

La experiencia en el uso de drones la ha aportado Serge Wich, profesor de la Facultad de Ciencias Naturales y Psicología de la LJMU y fundador de conservationdrones.org . Este pionero en el uso de drones para el trabajo de conservación comenta: “Como un ojo en el cielo, los drones de conservación están ayudando a la lucha contra la deforestación ilegal, la caza furtiva y la fragmentación del hábitat, que afectan a muchas especies en peligro de extinción, incluyendo rinocerontes, orangutanes y elefantes. Ahora, asociados a técnicas de análisis astrofísicas, podemos intentar hacerlo de forma más eficiente”.

La pérdida de biodiversidad y el consecuente colapso de los ecosistemas es uno de los diez peligros más importantes que enfrenta la humanidad. “A la larga –dice Wich-, esperamos que esta investigación ayude a abordar estos problemas al permitir que cualquier persona en cualquier lugar del mundo pueda cargar sus datos aéreos y, en tiempo real, tener las geo-localizaciones de lo que haya fotografiado, ya sean supervivientes de desastres naturales, cazadores furtivos acercándose a especies en peligro de extinción o, incluso, el tamaño, peso y salud del ganado.”

Esta nueva tecnología de drones forma parte de la creciente innovación tecnológica de la LJMU. El Instituto de Investigación Astrofísica de esta universidad está desarrollando también el telescopio robótico más grande del mundo, una versión a escala del Telescopio Liverpool, ubicado en el Observatorio del Roque de Los Muchachos, en isla de La Palma.

Detección temprana de malas hierbas mediante drones

Un sistema ideado por investigadores cordobeses logra una precisión del 95% en campos de girasol y del 79% en maíz

CSIC/DICYT Investigadores del Instituto de Agricultura Sostenible del CSIC, en Córdoba, han mejorado su sistema para la detección temprana de malas hierbas mediante vehículos aéreos no tripulados. El nuevo método, basado en técnicas de análisis de imagen e inteligencia artificial, añade a la detección la discriminación de las malas hierbas dentro de las líneas de cultivo. El trabajo, publicado en la revista Expert Systems with Applications, podría ayudar a reducir el uso de herbicidas en toda la región de cultivo.

Detección temprana de malas hierbas mediante vehículos aéreos no tripulados

Según sus impulsores, el sistema puede dar una respuesta al agricultor “en un tiempo mínimo”. Los resultados muestran una precisión del 95% en cultivos de girasol y del 79% en maíz. “Además, las características óptimas que sirven para discriminar lasmalas hierbas coinciden en su mayoría para ambos cultivos”, indica la investigadora del CSIC María Pérez Ortiz.

Hasta ahora existían dificultades a la hora de crear mapas de malas hierbas a tiempo para un tratamiento optimizado con herbicidas. También era un problema la baja resolución de muchas de las plataformas aéreas que actualmente se emplean en teledetección.

Agricultura de precisión

“Uno de los retos actuales de la agricultura de precisión es la identificación temprana de malas hierbas, responsables de una gran reducción de la producción del cultivo. Normalmente, aunque se distribuyan en rodales, los herbicidas se aplican en todo el cultivo, lo que conlleva un perjuicio medioambiental y económico”, precisa Pérez Ortiz.

El proceso para obtener estos mapas, que se enmarca dentro de las líneas de trabajo del proyecto imaPing, consiste en adquirir primero las imágenes desde el aire mediante una cámara de alta resolución instalada en los drones; en segundo lugar, se lleva a cabo la segmentación de la imagen y el etiquetado. Y, finalmente, se aplica una técnica de clasificación que se engloba dentro de la inteligencia artificial.

En investigaciones anteriores, el grupo liderado por la investigadora del CSIC Francisca López-Granados obtuvo mapas de malas hierbas con precisiones similares. Esta vez, los científicos han abordado el problema de una forma nueva para poder detectar también las malas hierbas que están en la línea de cultivo, lo que en anteriores investigaciones no había sido posible.

Los investigadores han demostrado que el uso de este sistema “se adapta a la perfección al cambio en factores tales como la altura de vuelo, la iluminación, el cultivo y la cámara usada”. Esta adaptabilidad facilitaría la adopción de la técnica por parte de cualquier agricultor.

Referencia bibliográfica
María Pérez-Ortiz, José Manuel Peña, Pedro Antonio Gutiérrez, Jorge Torres-Sánchez, César Hervás-Martínez, Francisca López-Granados. Selecting patterns and features for between- and within- crop-row weed mapping using UAV-imagery. Expert Systems with Applications. DOI: 10.1016/j.eswa.2015.10.043

Fuente: DICYT
Website: dicyt.com


Los drones son aptos para el estudio de las aves

Una de las señales que evidencian que ya vivimos en el futuro de la Humanidad es la cada vez mayor presencia de los drones. Los aparatos voladores controlados a distancia o directamente autocontrolados por su inteligencia artificial (o, mayormente, una mezcla de ambos sistemas) han dejado de ser un recurso meramente militar para aparecer no sólo como juguete sino en aplicaciones industriales y profesionales. La ciencia, por supuesto, tenía que estar en la punta de lanza de este movimiento y por eso científicos de la Universidad de Montpellier (Francia) acaban de publicar un estudio sobre el efecto del acercamiento de estos aparatos a las aves y han añadido, a modo de conclusión, una guía de uso de drones para investigadores de aves.

os autores han analizado el impacto que ha tenido el color, la velocidad y el ángulo del vuelo de un dron sobre ánades azulones (Anas platyrhynchos) en semicautividad, flamencos comunes (Phoenicopterus roseus) y archibebes claros (Tringa nebularia) en estado salvaje en un humedal.
Para ello realizaron 204 aproximaciones de vuelo con un dron Phantom “cuadricóptero” es decir, impulsado por cuatro hélices horizontales (longitud diagonal de 350 mm, 1.030 gramos de peso, carga útil de 250 gramos y velocidad máxima de 15 m/s). Durante el 80% de los vuelos se pudo observar que el dron no afectaba las aves hasta los 4 metros de distancia, algo sorprendente teniendo en cuenta la sensibilidad de los flamencos y los archibebes a las molestias humanas. La velocidad de aproximación, el color y la repetición de los vuelos no tuvieron impacto en la conducta de las aves, aunque reaccionaron más con la aproximación de drones en vertical, posiblemente, según los autores, “porque las aves lo asociaban a ataques de depredadores”. Ante estas conclusiones, los autores recomiendan acercar estos artefactos no más cerca de de 100 metros de las aves y ajustandos de manera distinta según las especies. En el vídeo de arriba se reproducen algunos ejemplos de acercamiento a flamencos con drones realizados en este estudio.

Drones y aves acuáticas

“Nuestro trabajo es el primer paso hacia el uso del sonido en drones para investigar la fauna silvestre, pero deberían hacerse más estudios para valorar el impacto de diferentes drones en otros taxones y para conocer los indicadores fisiológicos de estrés en animales expuestos a los mismos de acuerdo con tamaños de grupos y estatus reproductivo”, explican los autores, conscientes de que el uso de estos aparatos de vuelo son algo novedoso y que llevará un tiempo conocer en profundidad tanto el alcance de sus aplicaciones para la ciencia como sus consecuencias sobre la fauna.

Antesala para una guía ética
Así como en numerosos países las regulaciones de tráfico aéreo establecen un estricto control del uso de drones, no existen, en cambio, códigos éticos sobre los potenciales impactos de estos aparatos en relación con el bienestar animal. Por tanto, según los autores, “este trabajo pretende ser la primera aproximación para crear un código de conducta de drones que asegure que no se daña ni molesta a la fauna silvestre”.

Drone

Más aún, estos resultados sugieren que el uso respetuoso de drones puede utilizarse en la ornitología para realizar censos de poblaciones de aves, medición de variables bióticas o abióticas y registros sobre conducta en aves. Estas aplicaciones podrían utilizarse especialmente en lugares de difícil acceso como montañas o amplios humedales, caso del presente estudio.
Sin embargo, los autores ya avisan de que hay que ser cuidadosos con su uso en la investigación de la fauna salvaje. En este sentido recomiendan mantener los drones más allá de 100 metros de las aves, no realizar acercamientos verticales y ajustar la distancia de aproximación según las especies. También reconocen que a su investigación deberían seguirla otros estudios de impacto de diferentes tipos de drones (distinto tamaño y niveles de ruido) sobre una larga lista de especies aviares. De hecho, las tres especies estudiadas se alimentan de plantas y/o vertebrados, y resulta esencial conocer también las reacciones de especies omnívoras y predadoras ante la presencia de los drones. De hecho, existen vídeos en Internet que demuestran que las aves de presa tienden a atacar drones, algo también posible para córvidos y láridos. Asimismo, los autores explican que también debería estudiarse la incidencia de estos dispositivos de vuelo en bandadas de aves y considerando su estatus reproductivo (no reproducción, incubación y cría).
“Aunque no se registraron cambios en la conducta de las aves en la mayoría de las aproximaciones, esto no significa que no puedan causarles estrés”, matizan los autores, muy concienciados con la implicaciones éticas del uso de estos aparatos. Por ello, recomiendan que se hagan estudios que comparen la respuesta de ciertos parámetros fisiológicos realizando censos con drones y con otras técnicas, como por ejemplo con personas a pie de campo, para valorar la eficacia de ambos y conocer cual causa mayor estrés en las aves.


Fuente: Sociedad Española de Ornitología (http://www.seo.org)