Sensores vivos y robótica para el seguimiento de la biodiversidad acuática
¿Se imagina unos robots que utilizan organismos vivos como sensores para llevar a cabo un seguimiento continuo del estado de lagos y océanos? El equipo del proyecto BioDiMoBot(se abrirá en una nueva ventana), financiado con fondos europeos, trabaja para hacerlo realidad mediante el desarrollo de robots biohíbridos que combinan biología, ingeniería e inteligencia artificial para supervisar la biodiversidad y la calidad del agua de una forma totalmente nueva. El seguimiento tradicional de la biodiversidad acuática depende sobre todo el uso de sensores especializados y análisis químicos de laboratorio, que son laboriosos, caros y, por lo general, se realizan en momentos puntuales. Si bien estos métodos ofrecen mediciones precisas de parámetros individuales, con frecuencia no captan las respuestas biológicas que informan sobre el funcionamiento de los ecosistemas. «BioDiMoBot se diseñó para superar estas limitaciones mediante el desarrollo de sistemas de seguimiento biohíbridos que utilizan organismos vivos como elementos de detección. De este modo, se complementan las tecnologías ya disponibles con soluciones de seguimiento biológicamente integradas, rentables y escalables», comenta la bióloga Wiktoria Teresa Rajewicz, coordinadora del proyecto.
Sensores vivos en acción
El sistema de BioDiMoBot combina de forma innovadora sensores avanzados con tecnologías ópticas y de detección, incorporando organismos acuáticos vivos como sensores biohíbridos. «Los sensores biohíbridos combinan la sensibilidad de los organismos vivos con la precisión de los sistemas electrónicos —explica Rajewicz—. Junto con unidades de lectura ópticas y electrónicas, permiten registrar automáticamente las respuestas conductuales y fisiológicas a múltiples factores de estrés ambiental y transmitirlas en tiempo real como datos digitales». Un ejemplo es el módulo de Daphnia, que combina un pequeño contenedor que aloja a estos organismos —conocidos comúnmente como pulgas de agua— con un núcleo electrónico equipado con una cámara y un ordenador de placa única. A medida que el agua circula por el contenedor, el sistema registra automáticamente el comportamiento natatorio de los animales y lo analiza de forma inmediata. Los cambios en los patrones de movimiento de los organismos informan sobre los efectos combinados y la biodisponibilidad de las sustancias presentes en el entorno. Esto proporciona una visión directa de la calidad del agua. Los flujos de datos del sistema pueden revelar señales tempranas de estrés ecológico y tendencias ecológicas a largo plazo. «Este tipo de datos respalda la evaluación de los efectos del cambio climático, orienta las estrategias de gestión adaptativa y contribuye a fundamentar medidas de mitigación y conservación», agrega Rajewicz.
Seguimiento de los cambios ambientales a lo largo del tiempo
Comprender el funcionamiento de los ecosistemas acuáticos requiere observaciones a lo largo plazo. Esto se debe a que las presiones ambientales asociadas al cambio climático pueden aparecer de forma gradual, manifestarse solo durante fenómenos extremos o derivar de la interacción de múltiples factores de estrés. El seguimiento basado en muestreos puntuales o a corto plazo conlleva el riesgo de pasar por alto tendencias, umbrales o señales tempranas de degradación ecológica. En lugar de medir parámetros aislados, el planteamiento del proyecto, que se basa en organismos vivos, permite evaluar cómo las condiciones ambientales afectan a la vida acuática en su conjunto. Estos organismos registran los efectos de factores físicos, químicos y biológicos a lo largo del tiempo. Rajewicz comenta: «Los sistemas biohíbridos autónomos de BioDiMoBot favorecen una observación continua y en tiempo real, sin necesidad de intervención humana frecuente. Gracias a ello, ofrecen una comprensión más holística de la salud de los ecosistemas y de la biodiversidad acuática a lo largo del tiempo». BioDiMoBot se basa en los trabajos previos del proyecto Robocoenosis, ampliando el enfoque hacia el seguimiento de la biodiversidad y la calidad del agua. Aunque el prototipo aún se encuentra en fase de desarrollo, los componentes principales del sistema ya han sido validados. Los sistemas biohíbridos del proyecto se probaron tanto en condiciones controladas de laboratorio como en entornos de agua dulce, como el lago Millstatt(se abrirá en una nueva ventana), el lago Neusiedl y varias charcas en Austria, así como en bahías de Groenlandia. Las pruebas de campo permitieron evaluar la estabilidad del sistema, la calidad de los datos y las respuestas de los organismos frente a la variabilidad ambiental natural. Los resultados preliminares son alentadores y demuestran que los sistemas de seguimiento biohíbridos pueden funcionar de forma fiable durante largos periodos y registrar respuestas biológicamente significativas a los cambios medioambientales. Estos indican que los robots biohíbridos podrían integrarse con los métodos de seguimiento existentes, ayudando a mejorar la evaluación de la biodiversidad y la investigación sobre el cambio climático.
