14 junio 2011

La utilización de sensores para observaciones ambientales (I)


En algún otro artículo hemos hablado de la utilización de sensores para aplicaciones ambientales, una disciplina emergente que permite obtener información sistemática de datos en lugares remotos a un coste reducido. Nuevamente vamos a hablar de ello revisando los escenarios de aplicación más interesantes y las perspectivas de estas tecnologías.


Las redes de sensores adecuadamente desplegadas y mantenidas tienen el potencial de revolucionar disciplinas como la agricultura y el medio ambiente, pero para entender realmente lo que podemos conseguir es necesario explicar los beneficios que pueden proporcionar.


Tecnologías usadas en redes de muestreo ambientales

En muchas áreas ambientales los investigadores miden parámetros fácilmente detectables y luego usan correlaciones semi-empíricas para deducir los parámetros sobre los que están interesados. Estas correlaciones se basan a menudo en datos muy limitados.
Los observatorios basados en sensores utilizan básicamente las siguientes tecnologías:
·      La tecnología de sensores físicos es la tecnología más madura y permite comprender mejor el transporte y la velocidad de los fluidos.
·      Los sensores químicos son necesarios para medir un amplio rango de elementos y moléculas inorgánicas, orgánicas y bioquímicas en todos los medios ambientales (atmósfera, suelo, sedimentos, aguas subterráneas, dulces y marinas).
·       Las tecnologías de sensores biológicos en general son menos maduras pero invertir en ellas da como resultado tremendos avances científicos.
Adicionalmente a los requerimientos específicos de los sensores, hay necesidad de dirigir un amplio rango de asuntos genéricos relacionados con los sensores, incluyendo disponibilidad de energía y tasas de comunicación de datos. Los avances en las tecnologías relacionadas con la energía supondrán una tremenda diferencia en un amplio rango de observatorios ambientales. Las opciones incluyen tanto suministro de energía de larga duración como medios más eficientes para capturar energía del medio ambiente (ej. Solar o térmica). Las investigaciones avanzan para permitir tecnologías que realcen las capacidades de  transferencia de datos, particularmente en ambientes acuosos, que permitirán el uso de muy diversos tipos de sensores en redes ambientales.
La nanotecnología y técnicas de fabricación asociadas proporcionan nuevos diseños innovadores de sensores. Las comunidades de ciencias ambientales necesitan asegurar que están al corriente de las nuevas capacidades de los recientes desarrollos en nanotecnología. También deben tener un conocimiento de los esfuerzos a nivel de nanoescala que permiten hacer dispositivos cada vez más pequeños para ser usados en una gran variedad de configuraciones.
Nuevos métodos deben ser desarrollados que permitan a los sensores actuar en el medio ambiente, operar bajo condiciones severas, y resistir ataques del medioambiente (ej. Biofouling). Para controlar el flujo de mamíferos, aves o peces, los sensores deben moverse con ellos. Por lo tanto, necesitan desarrollarse métodos que permitan a los datos comunicarse mientras que los sensores están en movimiento. Adicionalmente, la conexión de sensores en redes requiere interfaces de datos eficientes que aseguren el flujo de datos en la red y también imponen una demanda mínima de energía y dimensionar los requerimientos del sensor. Las tecnologías que son útiles en otras aplicaciones pueden necesitar ser refinadas para observaciones ambientales. Estas incluyen tecnologías ópticas, espectroscópicas, electroquímicas, separación y acústicas.
Infraestructura y despliegue de sensores y sistemas de redes de sensores

Para observaciones ambientales, los sensores deben ser considerados en el contexto de la red, soportando ciber infraestructura, y el ambiente donde son instalados. Típicos esfuerzos de despliegue implican equipos multidisciplinares que emplean una aproximación de sistemas.
Las redes de sensores son infraestructuras  que forman parte del desarrollo de ciber infraestructuras. Cuando planificamos el desarrollo de una red de sensores, muchas tecnologías existentes pueden desplegarse y beneficiarse de la comprensión de procesos ambientales. Todas las redes de sensores deben contemplar ensayos de campo previos al despliegue a largo plazo.
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