Des capteurs vivants couplés à la robotique pour la surveillance de la biodiversité aquatique
Imaginez des robots utilisant des organismes vivants comme capteurs, surveillant en permanence la santé des lacs et des océans. Le projet BioDiMoBot(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), financé par l’UE, s’efforce de concrétiser cette vision en mettant au point des robots biohybrides qui combinent la biologie, l’ingénierie et l’intelligence artificielle pour surveiller la biodiversité et la qualité de l’eau d’une manière inédite. La surveillance traditionnelle de la biodiversité aquatique repose en grande partie sur des capteurs techniques et des analyses chimiques en laboratoire qui sont coûteux, nécessitent beaucoup de main-d’œuvre et sont généralement effectués à des moments isolés. Si ces méthodes permettent de mesurer avec précision des paramètres individuels, elles passent souvent à côté des réponses biologiques qui reflètent le fonctionnement des écosystèmes. «BioDiMoBot a été conçu pour répondre à ces limitations en développant des systèmes de surveillance biohybrides qui recourent à des organismes vivants comme éléments de détection, complétant ainsi les technologies existantes avec des solutions de surveillance biologiquement intégrées, rentables et évolutives», explique Wiktoria Teresa Rajewicz, coordinatrice du projet et biologiste.
Des capteurs vivants en action
Le système de BioDiMoBot combine de manière innovante des capteurs avancés avec des technologies optiques et de détection. Des organismes aquatiques vivants sont intégrés en tant que capteurs biohybrides. «Les capteurs biohybrides combinent la sensibilité des organismes vivants et la robustesse des systèmes électroniques», explique Wiktoria Teresa Rajewicz. «Couplés à des unités de lecture optiques et électroniques, ils nous permettent d’enregistrer automatiquement leurs réponses comportementales et physiologiques à de multiples facteurs de stress environnementaux et de les transmettre en temps réel sous forme de données numériques.» Un exemple est le module Daphnia, qui associe une petite cage hébergeant des daphnies, communément appelées puces d’eau, avec un cœur électronique contenant une caméra et un ordinateur monocarte. Lorsque l’eau s’écoule dans la cage, le système enregistre le comportement de nage des animaux et l’analyse automatiquement. Les changements dans leurs schémas de déplacement fournissent des informations sur les effets combinés et la biodisponibilité des substances dans l’environnement, ce qui donne une idée directe de la qualité de l’eau. Les flux de données du système peuvent révéler des signaux d’alerte précoce du stress de l’écosystème et des tendances écologiques à long terme. «Ce type de données permet d’évaluer l’impact du changement climatique, d’éclairer les stratégies de gestion adaptative et d’orienter les mesures d’atténuation et de conservation», ajoute Wiktoria Teresa Rajewicz.
Suivre l’évolution de l’environnement dans le temps
La compréhension des écosystèmes aquatiques nécessite une observation sur de longues périodes, car les pressions environnementales liées au changement climatique peuvent émerger lentement, n’apparaître que lors d’événements extrêmes ou résulter de plusieurs facteurs de stress se produisant simultanément. La surveillance fondée sur un échantillonnage à court terme ou occasionnel risque de ne pas tenir compte des tendances, des seuils ou des signaux d’alerte précoce de la dégradation des écosystèmes. Au lieu de mesurer des paramètres isolés, l’approche du projet, qui s’appuie sur des organismes vivants, reflète la manière dont les conditions environnementales sont vécues par la vie aquatique dans son ensemble. Ces organismes capturent les effets des facteurs physiques, chimiques et biologiques au fil du temps. Comme l’explique Wiktoria Teresa Rajewicz, «en favorisant une observation continue et en temps réel sans intervention humaine fréquente, les systèmes biohybrides autonomes de BioDiMoBot offrent une compréhension plus holistique et temporelle de la santé des écosystèmes et de la biodiversité aquatique». BioDiMoBot s’appuie sur les travaux antérieurs du projet Robocoenosis, en se concentrant sur la surveillance de la biodiversité et de la qualité de l’eau. Bien que le prototype complet soit actuellement en cours de développement, les composants clés du système ont déjà été partiellement validés. Les systèmes biohybrides du projet ont été testés à la fois dans des conditions de laboratoire contrôlées et dans des environnements d’eau douce réels, notamment le lac Millstätter(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), le lac de Neusiedl et des étangs locaux en Autriche, ainsi que des baies au Groenland. Des essais sur le terrain ont permis d’évaluer la stabilité du système, la qualité des données et les réactions des organismes dans des conditions de variabilité environnementale naturelle. Les résultats préliminaires sont encourageants et montrent que les systèmes de surveillance biohybrides peuvent fonctionner de manière fiable sur de longues périodes tout en enregistrant des réponses biologiquement significatives aux changements environnementaux. Ces résultats montrent comment les robots biohybrides pourraient compléter les méthodes de surveillance existantes, en contribuant à une évaluation mieux informée de la biodiversité et à la recherche sur le changement climatique.
