Una red de sensores toma el pulso a un bosque

En plena naturaleza, en las montañas de San Jacinto, a lo largo de un empinado cañón, los científicos están convirtiendo 120.000 metros cuadrados de pinos y otros árboles de California en una visión futurista de un estudio medioambiental. Están conectando más de 100 pequeños sensores, robots, cámaras y ordenadores, que empiezan a esbozar un retrato inusualmente detallado de este exuberante mundo, el hogar de más de 30 especies singulares y amenazadas. Gran parte de la instrumentación es inalámbrica. Dispositivos del tamaño de una baraja de cartas -conocidos como motas, por las motas de polvo- pueden medir la luz, la velocidad del viento, la lluvia, la temperatura, la humedad y la presión barométrica, y así detectar la presencia de un cuerpo caliente o seguir los progresos de un viento frío por el cañón. "Es muy agradable estar en el bosque con un ordenador, conectarse a Internet y ver todas estas motas en acción", afirma Eric A. Graham, biólogo de la Universidad de California, Los Ángeles, que está estudiando el bosque, conocido como la Reserva James. "Es una visualización en tiempo real de una gran zona. Es una nueva ciencia".

El objetivo es el estudio a largo plazo del impacto temporal, climático o humano

Esta ciencia se está expandiendo, con una inversión total en Estados Unidos de más de 780.000 millones de euros en redes de sensores, no sólo previstos para tierra firme, sino para lugares como el río Hudson y las profundidades del Pacífico. La ecología, históricamente una ciencia menor, se está haciendo a la vez mucho más grande y mucho más pequeña. La rápida miniaturización de las tecnologías para cámaras, teléfonos móviles y ordenadores inalámbricos está permitiendo a los científicos construir innovadoras redes de pequeños sensores que, según dicen, darán origen a una nueva era de comprensión ecológica y, con el tiempo, ayudarán a salvar el planeta. "Es tremendamente importante", dice Deborah Estrin, directora del Centro de Redes de Sensores Incorporados de UCLA. Afirma que los logros podrían competir con los de la introducción de instrumentos como el microscopio. "Piensa en los escáneres de onda milimétrica y TAC y en su impacto en la ciencia médica", señala Estrin. "Eso es lo que estamos intentando conseguir".

Es una especialidad joven, pero los expertos dicen que el éxito obtenido en ensayos como el del bosque de California demuestran la promesa de las redes de pequeños sensores, a menudo inalámbricos, de bajo coste, que se conectan mediante cables y redes de alta tensión. En los próximos años y décadas, los científicos pretenden desplegar millones de dispositivos de este tipo en grandes extensiones durante largos períodos de tiempo, abriendo así nuevas ventanas a la naturaleza. "El potencial de la ciencia medioambiental es increíble", afirma Alexandra Isern, directora de programas de la National Science Foundation. "Con esta tecnología, podemos empezar a entender qué es un acontecimiento y qué es normal. Cada vez reconocemos más cómo funcionan distintos procesos medioambientales a diferentes frecuencias. Para comprenderlo, hay que realizar mediciones constantemente".

Los científicos esperan aprender más sobre contaminantes del suelo, cambios en el terreno, flujos acuáticos, especies invasoras, ciclos oceánicos, formación de continentes, los lugares en los que se almacena el carbón atmosférico, los motivos por los que entran en erupción los volcanes y el modo en que los virus y los fragmentos genéticos se mueven por el medio ambiente. Las motas poseen procesadores informáticos y sensores hechos a medida, son inalámbricas y se alimentan con baterías o células solares, permitiendo a los científicos utilizarlas en lugares remotos y transportarlas de un lado a otro.

Algunos de sus emplazamientos serán permanentes. Esa continuidad se considera vital para comprender mejor cómo están alterando los humanos el planeta. "El objetivo es la investigación a largo plazo del impacto temporal, climático o humano. Es un gran cambio", señala Robert S. Detrick, de la Institución Oceanográfica Woods Hole.

La nueva ola está impulsada por la miniaturización de la electrónica y el desarrollo de nuevos materiales que permiten radios, ordenadores, sensores y baterías incluso más pequeños. Otro factor es la National Science Foundation (NSF) que ha invertido ya más de 80 millones de euros para promover la planificación e investigación de nuevas redes de sensores, y prevé más de 8.000 millones de euros en grandes proyectos ecológicos, principalmente observatorios. Y otro factor más es el Departamento de Defensa. En los años noventa, su Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada financió a universidades para que redujeran módulos informatizados para muchos tipos de sensores a tamaño liliputiense (en un caso más pequeño que una moneda de un céntimo). El equipo los bautizó motas y polvo inteligente.

A decenas de miles de kilómetros de California, los científicos están iniciando una actividad similar, pero más húmeda. Diseñan robots, sensores inalámbricos y ordenadores flotantes en un esfuerzo por comprender más y mejorar la calidad del agua del río Hudson. El proyecto, conocido como RiverNet, consiste en unas dos docenas de instrumentos en total. Financiado por la NSF, pretende rastrear los residuos de fertilizantes de las granjas, el calor procedente de las plantas energéticas, el crecimiento de las algas y contaminantes como los bifenilos policlorados. "Supongamos que tenemos un vertido contaminante", propone Sandra A. Mierzwicki-Bauer, del Instituto Politécnico Rensselaer de Troy, Nueva York. "Esto nos permite realizar un seguimiento inmediato para poder responder mucho más rápidamente y mitigar los daños".

Mejorar el control

Más allá de esas demostraciones reside un mundo en ciernes de redes muy extensas que combinan motas y equipos portátiles con tecnologías más amplias para mejorar la profundidad, duración y alcance del control. El proyecto EarthScope de la NSF, de 160 millones de euros, está construyendo 3.000 estaciones que rastrearán temblores leves, calcularán la deformación de la corteza terrestre y realizarán mapas tridimensionales del interior de la Tierra desde la corteza hasta el núcleo. Unos 2.000 instrumentos más serán móviles -inalámbricos o alimentados por energía solar o eólica- y se trasladará una ola de dispositivos desde California a todo el país en el transcurso de una década. El objetivo es descubrir los secretos de cómo se formó y evolucionó el continente, revolucionando el estudio de volcanes, sistemas de fallas, depósitos minerales y terremotos. Iniciado en 2003, EarthScope se completará en 2008 y proseguirá hasta 2023. "Es la mayor empresa de la historia de la geociencia", afirma Gregory E. van der Vink, de EarthScope, con sede en Washington. "Se trata de equipar Norteamérica".

El mundo biológico tiene su propio megaproyecto, La Red Nacional de Observatorios Ecológicos, o NEON, por sus siglas en inglés, cuya construcción se espera que comience en 2007. Uno de los objetivos es realizar un seguimiento de especies invasoras, que provocan unas pérdidas agrícolas de más de 80.000 millones de euros al año. Otra es pronosticar cambios en la biosfera que pueden acompañar a las variaciones climáticas.

Tal vez el proyecto que supone más retos sea Neptune. Colocará casi 3.200 kilómetros de cables salpicados de sensores, cámaras y robots inalámbricos a través de las oscuras profundidades del Pacífico, desde California hasta Canadá. Cruzaría la placa de Juan de Fuca, el bloque de corteza que bulle con terremotos, volcanes submarinos, colonias de gusanos tubo y organismos exóticos que se desarrollan en ardientes fisuras. Neptune costará unos 160 millones de euros, aproximadamente un tercio aportado por Canadá. Su objetivo es estudiar todo el entorno oceánico desde debajo del lecho marino hasta la superficie, para responder a preguntas fundamentales.