Uma lufada de ar fresco: veículos subaquáticos mapeiam a hipóxia no Golfo.

Duas plataformas SeaTrac SP-48 no Golfo do México. Crédito: USM/SeaTrac Systems

O método científico serve como padrão para pesquisa, orientando projetos analíticos e investigativos. Embora ensinado a gerações de estudantes, suas etapas estão longe de ser antigas, visto que os avanços tecnológicos ajudam os pesquisadores a desenvolver e modernizar cada uma delas, economizando tempo, dinheiro e até vidas. A coleta de dados, etapa intermediária do método científico, não é exceção. Muitos projetos exigem conjuntos de dados robustos, frequentemente coletados em ambientes extremos ou ao longo de extensos períodos. A Universidade do Sul do Mississippi (USM), com o auxílio da SeaTrac Systems, recorreu a soluções autônomas para conduzir pesquisas sobre hipóxia no Golfo do México.

A parceria, que inclui a Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (NOAA), mapeia a potencial hipóxia no Golfo do México e como ela impacta a pesca local e as populações de peixes. Zonas hipóxicas, também conhecidas como zonas mortas, são áreas de água onde os níveis de oxigênio são reduzidos devido à poluição por nutrientes, muitas vezes impactando significativamente a vida aquática. A colaboração concluiu recentemente com sucesso a segunda fase do projeto, dando continuidade a uma fase anterior e avançando além da prova de conceito para implantar múltiplos veículos de superfície não tripulados (USVs) SP-48. "É uma operação rudimentar e que exige muita mão de obra, com um grande navio de pesquisa", disse James Thompson, da USM. "Nós abordamos isso do ponto de vista de um veículo não tripulado; podemos modernizar isso com as ferramentas que estão disponíveis agora."

A picape dos USVs

A estrela desta pesquisa é o SP-48 USV, que significa "movido a energia solar" e "4,8 metros". Com aproximadamente 4,5 metros de comprimento e cerca de 295 quilos, ele pode funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, durante meses a fio, graças a um grande conjunto de painéis solares no convés que carregam uma bateria interna. Ele foi projetado para operar tanto perto da costa quanto em alto-mar; no âmbito deste projeto, o USV poderia estar a uma distância de até 8 quilômetros da costa ou até 64 quilômetros. "O barco em si é, na verdade, uma plataforma para coleta de dados", disse Hobie Boeschenstein, diretor de operações e desenvolvimento de negócios da SeaTrac. "Nós o consideramos como uma caminhonete, onde a plataforma em si não é tão útil para ninguém. O importante são as cargas úteis que podem ser instaladas e a capacidade de trocá-las rapidamente e colocar outros itens — sejam unidades de sonar, sensores de qualidade da água ou sensores oceanográficos."

O USV SP-48 da SeaTrac. Crédito: USM/SeaTrac Systems

Ao longo das fases do projeto, a SeaTrac e a USM fizeram alterações no USV para torná-lo mais versátil e robusto em suas capacidades de coleta de dados. "Especificamente para este projeto", acrescentou Boeschenstein, "o grande esforço de desenvolvimento da nossa parte foi o guincho e a capacidade de realizar perfis até o fundo do mar. Ao longo do projeto, a adição de sistemas de comunicação como o Starlink Mini foi um grande acréscimo desde o início."

"É tão versátil em termos do que podemos colocar nele. Testamos câmeras, testamos algumas tecnologias de prevenção de colisões — muitas coisas diferentes durante esta missão de hipóxia. Isso só demonstra a flexibilidade deste barco", confirmou Thompson. "Outra coisa que coletamos, simplesmente porque podíamos, foram dados de corrente acústica. É realmente uma caminhonete. Você pode colocar muitas coisas a bordo e, com o tamanho da bateria e a capacidade de gerar tanta energia solar, é um divisor de águas."

Fase Um

A primeira fase do projeto serviu principalmente como prova de conceito, testando os veículos e vários sensores, bem como sua capacidade de coletar os dados necessários. "Aprendemos muito sobre o que precisávamos ajustar para que funcionasse", disse Thompson. "E conseguimos, e muito melhor do que esperávamos."

A progressão lógica foi testar levantamentos de maior duração, avaliar diferentes configurações de sensores e operar vários USVs simultaneamente em diferentes configurações. "O que aprendemos", acrescentou Thompson, "foi que o veículo podia gerar toda essa energia, mas não estávamos aproveitando ao máximo esse potencial." Eles mudaram a alimentação dos sensores para que fossem alimentados ou recarregados pelo USV, o que fez uma diferença significativa na quantidade de dados que podiam coletar. "Não precisávamos nos limitar à energia disponível nos sensores. Podíamos coletar cada vez mais dados. E isso mostrou a vantagem de não apenas atingir as coordenadas específicas que coletamos todos os anos, mas também de identificar onde o limite da hipóxia muda, focando nesse ponto por meio da coleta de amostras de dados adicionais."

A SeaTrac esteve fortemente envolvida no início deste projeto, desenvolvendo novos recursos, como um guincho para levar sensores da superfície até o fundo do mar. "Uma parte muito importante do mapeamento da hipóxia é chegar a um metro do fundo do mar", disse Boeschenstein. "Caso contrário, você perderá dados importantes. Um grande esforço de desenvolvimento da nossa parte foi: como garantir que a sonda chegue até lá embaixo? Trabalhamos em estreita colaboração com a equipe do USM para analisar diferentes maneiras de fazer isso e, por fim, criamos um sistema que usa um conjunto de parâmetros de software para detectar folga na linha e saber que, 'Ok, o som está realmente no fundo; não dá para chegar mais perto do que isso.'"

"Quando procuramos o maior impacto da hipóxia na pesca, estamos observando aquela camada próxima ao fundo, onde vivem todos os organismos que ali habitam. Obviamente, se eles não conseguem nadar para cima e sair dessa camada, isso afetará seu metabolismo e produtividade", explicou Thompson.

"Conseguir levar os sensores até o fundo do mar e ter certeza de que eles estavam na camada mais profunda da água, e então poder analisar isso em tempo real e dizer: 'Sim, ainda estamos detectando baixo nível de oxigênio aqui, vamos nos mover mais para o sul e ver se conseguimos encontrar a borda onde a água volta a ficar oxigenada', foi absolutamente crucial." A capacidade de ajustar a missão instantaneamente e ter a certeza de que estávamos obtendo os dados relevantes foi absolutamente essencial.

Um SP-48 na água. Crédito: USM/SeaTrac Systems

Imagens capturadas pelo SP-48 em alto mar, incluindo condições climáticas adversas e avistamento de vida selvagem. Crédito: USM/SeaTrac Systems

Fase Dois e além

Durante a segunda fase, a USM implantou vários SP-48 simultaneamente, sob a supervisão de um único operador em terra. A equipe coletou 123 pontos de dados de hipóxia verificados graças à longa autonomia, à rápida amostragem adaptativa e à confiabilidade da plataforma, mesmo em condições desafiadoras no Golfo, incluindo a passagem de um sistema meteorológico tropical pela área operacional.

"Uma das coisas que temos buscado constantemente é aprimorar a integração dos sensores e o fluxo de dados", disse Thompson. "A primeira fase foi focada em testar o que era possível fazer; a segunda fase foi aprimorar a maneira como isso era feito. Isso incluiu aspectos como uma resposta mais rápida no fluxo de dados, enviando os dados do sensor para o barco e do barco, via satélite, para o nosso sistema, para que pudéssemos compartilhá-los com a NOAA em tempo real durante a nossa viagem."

Outra diferença, como Thompson destacou, era que os sensores estavam sendo desenvolvidos em seu próprio ritmo, o que significava que novos recursos poderiam ser aproveitados para aprimorar ainda mais a coleta de dados. "A AML Oceanographic, empresa que fabrica o instrumento de perfilagem, desenvolveu um recurso de carregamento sem fio para ele", acrescentou Boeschenstein. "Tradicionalmente, tínhamos que equilibrar: 'Vamos ligar a sonda, coletar os dados, desligá-la e depois colocá-la de volta em modo de espera', o que tornava o processo desafiador e, eventualmente, a bateria acabava. Isso limitava o que podíamos fazer com ela." Quando a AML Oceanographic implementou esse novo recurso, a equipe do USM não precisou mais trocar as baterias no meio do processo, criando a possibilidade de pesquisas mais longas e com maior duração.

"É também uma questão de segurança", acrescentou Thompson. "Você está evitando que as pessoas precisem ir fazer a manutenção de um veículo em alto mar, o que por si só já é uma situação precária."

Rastreando as trajetórias de USVs (Veículos de Superfície Não Tripulados). Crédito: USM/SeaTrac Systems

SeaTrac SP-48 no Golfo do México. Crédito: USM/SeaTrac Systems

Olhando para o futuro, a equipe espera outro verão de coleta de dados, com o objetivo de adicionar um terceiro SP-48 à coleção. No que diz respeito ao processamento de dados, os pesquisadores continuam a desenvolver a automação para incluir etapas adicionais de controle de qualidade e pretendem adicionar um modelo 3D de oxigênio dissolvido para toda a área pesquisada.

Uma terceira fase daria continuidade ao trabalho das fases um e dois, coletando dados críticos sobre hipóxia e destacando o uso de USVs (Veículos de Superfície Não Tripulados) na coleta e monitoramento de dados em alto-mar. Além disso, este projeto demonstra algo menos comum: como atualizações tecnológicas incrementais, como carregamento sem fio, gerenciamento de energia e sensores, podem ser integradas em tempo real para modernizar e impulsionar a pesquisa.

Hobie Boeschenstein. Crédito: USM/SeaTrac Systems

James Thompson. Crédito: USM/SeaTrac Systems

Assista ao vídeo completo no Marine Technology TV.