Drones coletando DNA das copas das árvores em nova abordagem para esforços de conservação

Para ter um ecossistema saudável, precisamos da biodiversidade, pois ela sustenta toda a vida na Terra, incluindo os humanos. Sem uma variedade de microrganismos, plantas e animais, simplesmente não podemos ter um ambiente equilibrado.

A biodiversidade fornece serviços ecossistêmicos como ar limpo, água doce e controle de enchentes, que são cruciais para o bem‑estar humano. Também apoia a segurança alimentar, ajuda na captura de carbono, desintoxica e decompõe resíduos, aumenta a resiliência dos organismos e ajuda a regular doenças. Os genes de plantas e animais são ainda usados para desenvolver medicamentos e produtos farmacêuticos.

Portanto, fica claro que precisamos entender melhor a biodiversidade. Uma ferramenta poderosa para estudar a biodiversidade em florestas e copas de árvores é a análise de DNA ambiental (eDNA). Contudo, coletar amostras de eDNA não é fácil em ambientes tão altos e complexos.

Tradicionalmente, abordagens que exigem muita mão de obra, como rolar árvores ou esfregar superfícies, foram usadas para realizar a tarefa. Dependendo de imagens de satélite ou usando guindastes para estudar regiões, não só exigia esforços significativos para alcançar cobertura suficiente, como também carecia de precisão.

Mas isso mudou. Os drones estão prontos para transformar a situação ao oferecer imagens de alta resolução em close‑up e capacidades de coleta de dados.

Um novo estudo propôs o uso de veículos aéreos não tripulados (UAVs) para explorar a biodiversidade nas copas das árvores, especificamente em áreas remotas e inacessíveis. Isso significa que os drones executarão o trabalho com segurança, sem exigir que pessoas se dirijam a locais de difícil acesso, como florestas tropicais, para coletar material genético das copas, ao mesmo tempo em que nos ajudam a obter uma compreensão mais profunda da biodiversidade.

Coleta de eDNA usando Drones

O eDNA é encontrado em substâncias biológicas como muco, fezes e células mortas da pele e tem sido usado para examinar a biodiversidade há várias décadas. Utilizado para catalogar e monitorar a biodiversidade, os vestígios de DNA ajudam os pesquisadores a determinar quais espécies estão presentes em uma determinada área.

No início do ano passado, cientistas do instituto de pesquisa ETH Zurich usaram esta técnica para descobrir exatamente quais espécies utilizam a copa da floresta para construir seus habitats.

Para construir este drone especial que tem a capacidade de coletar amostras nos galhos das árvores de forma autônoma, pesquisadores da ETH Zurich, juntamente com os do Instituto Federal de Pesquisa Suíço WSL, fizeram parceria com a empresa SPYGEN.

A aeronave foi equipada com tiras adesivas na parte inferior. O UAV foi suavemente pousado nos galhos e, uma vez que o material genérico foi transferido dos galhos para esses adesivos, ele foi então analisado.

Mas os ramos variam em espessura e elasticidade. E fazer com que a aeronave se aproxime de um galho e permaneça estável para coletar amostras com sucesso provou ser um grande desafio para os pesquisadores.

“Pousar nos galhos requer controle complexo.”

– Stefano Mintchev, Professor de Robótica Ambiental na ETH Zurich e WSL na época

Então, a equipe equipou o drone com uma gaiola sensora de força, que permitiu à aeronave medir a flexibilidade do galho e usar isso para se mover. O dispositivo foi então testado em sete espécies de árvores, e as amostras foram encontradas contendo DNA de 21 grupos distintos de organismos, incluindo aves, insetos e mamíferos.

Embora esta seja uma alternativa mais fácil, rápida e segura em relação ao envio de biólogos para as copas das árvores, mesmo este método não está completamente livre de riscos.

Ao usar o drone, há risco não apenas de danificar a árvore, mas também o próprio drone caso ocorra uma colisão dura não intencional. Além disso, há a limitação de coletar amostras apenas dos galhos nos quais o drone pousa. Portanto, embora os resultados tenham sido “encorajadores”, o drone precisou melhorar.

Um Sistema Aprimorado para Estudar a Biodiversidade

Agora, cientistas da ETH Zurich criaram um sistema robótico inovador e sob medida. Esta nova abordagem para UAVs coletarem eDNA dentro das copas das árvores utiliza uma técnica de esfregaço de superfície.

Liderado por Steffen Kirchgeorg, estudante de doutorado em robótica na ETH Zurich, o estudo desenvolveu um sistema de amostragem com uma sonda de tecido plano. O pedaço de pano de lã é realmente cortado em forma de círculo, muito parecido com um filtro de café, e preso com tiras de fibra de vidro para fornecer estrutura.

A sonda é abaixada por meio de um cabo preso a um equipamento de elevação montado na parte inferior do quadricóptero. Dessa forma, o drone permanece fora da vegetação.

O drone também foi equipado com um sensor que impede que o cabo da sonda enrole nos galhos. Os pesquisadores programaram o sistema para mudar de posição automaticamente ao detectar um impacto.

O funcionamento consiste em o UAV pairar com segurança acima das copas das árvores. A sonda é então baixada através da folhagem, onde roça folhas e galhos. E, uma vez que o eDNA foi coletado, a sonda pode ser removida para que seu conteúdo seja posteriormente analisado.

O experimento foi realizado em uma floresta tropical no Sudeste Asiático, onde o drone foi controlado remotamente por Kirchgeorg e colegas por meio de transmissão ao vivo da câmera a bordo. O drone foi operado fora da linha de visão para coletar dez amostras da copa da floresta.

A eficácia da nova abordagem foi demonstrada durante as semifinais do XPRIZE Rainforest, onde a equipe revelou ter encontrado o eDNA de 152 espécies diferentes nessas amostras, a maioria pertencente a aranhas e insetos.

A equipe também encontrou o eDNA do macaco macaco de cauda longa, juntamente com espécies de cupins, várias formigas e a mosca-gall, que é um tipo de mosca.

“Se quisermos que as pessoas protejam a natureza, precisamos dizer a elas o que realmente estamos protegendo — com nossa solução, esperamos entender melhor a vida na copa.”

– Autor principal Kirchgeorg

Esta alternativa para estudar a biodiversidade em habitats remotos, segundo a equipe, é crítica para iniciativas de conservação e restauração. No próximo passo, a equipe se concentrará em investigar como a profundidade de penetração, as interações da sonda com a vegetação e a duração da amostragem afetam a concentração de DNA nas amostras.

A Revolução dos Drones

Drones, também conhecidos como Veículos Aéreos Não Tripulados (UAVs) por operarem sem piloto humano a bordo, cresceram substancialmente na última década e estão rapidamente se tornando parte integral de muitas indústrias.

Impulsionado por essa demanda, espera‑se que o mercado de tecnologia de drones cresça de US$ 33,9 bilhões em 2023 para $61,2 bilhões em 2029.

Esses robôs voadores vêm em diferentes tamanhos e são controlados remotamente ou por meio de algoritmos pré‑programados, graças ao uso de câmeras, sensores, sistemas GPS e links de comunicação.

Eles oferecem soluções econômicas para empresas por meio de suas variadas capacidades, que incluem captura de imagens e vídeos em tempo real, vigilância, mapeamento e serviços de entrega. O uso de tecnologias mais recentes, como IA, aumentou ainda mais as inúmeras funcionalidades dos drones, permitindo tomada de decisão informada e oportuna, análise avançada de dados e operações autônomas.

Todas essas capacidades dos drones os tornam particularmente benéficos ao ajudar pesquisadores a observar comportamentos de espécies, padrões de migração e mudanças nos ecossistemas sem perturbar a vida selvagem.

Enquanto isso, o fato de esses robôs voadores poderem navegar facilmente por florestas densas e alcançar copas de árvores que são inacessíveis de outra forma permite que os cientistas coletem dados sobre espécies de plantas pela primeira vez. E, mantendo-os em operação ao longo do tempo, as mudanças podem ser monitoradas por anos para coletar dados de longo prazo que ajudem a estudar e prever o impacto das mudanças climáticas ou do desmatamento.

Isso, porém, é apenas um dos muitos casos de uso de drones. Algumas das aplicações inovadoras de drones são vistas na agricultura, onde esses UAVs ajudam a monitorar a saúde das culturas, detectar pragas, gerenciar irrigação e otimizar rendimentos.

Além de revolucionar a agricultura com técnicas de agricultura de precisão, os drones também podem ser implantados em áreas propensas a desastres para missões de busca e resgate, entrega de suprimentos essenciais e avaliação de danos. Em emergências como incêndios florestais, furacões e terremotos, esses drones podem ser indispensáveis por sua capacidade de navegar rapidamente em áreas perigosas sem colocar vidas em risco.

Outras indústrias onde os drones estão sendo cada vez mais usados incluem entregas, inspeção de infraestruturas de difícil acesso, como pontes e dutos, e a criação de modelos 3D detalhados de canteiros de obras ou minas.

Todos esses exemplos mostram a evolução dos drones, de uma novidade usada principalmente por entusiastas ou no âmbito militar, para agora permear diversos setores, desde saúde, construção e monitoramento ambiental até entrega de pizza e medicamentos, cadeia de suprimentos, manutenção de aeronaves e muito mais.

O crescente uso e popularidade dos drones são impulsionados pelos avanços tecnológicos. Por exemplo, algoritmos de IA e ML estão sendo cada vez mais integrados a sistemas embarcados para tornar essas máquinas mais eficientes e inteligentes.

Também existem microcontroladores e processadores de baixo consumo e alto desempenho, resultantes de inovações na tecnologia de semicondutores. Esses avanços aumentam a eficiência e durabilidade dos drones ao fornecer mais poder de computação consumindo menos energia.

Outros avanços importantes que ajudam a expandir as aplicações de drones incluem tecnologias de comunicação sem fio como 5G e IoT, que permitem transmissão de dados mais rápida e confiável, e sistemas operacionais em tempo real (RTOS) para temporização precisa e gerenciamento de tarefas.

Todos esses avanços tecnológicos melhoraram significativamente o desempenho e as capacidades dos drones, ajudando a impulsionar sua aplicação em áreas mais amplas.

Empresas que Desenvolvem Soluções de Drones

Agora, vamos dar uma olhada nas empresas que estão na vanguarda do desenvolvimento da tecnologia de drones.

A DJI é a força dominante na indústria de drones, oferecendo uma ampla gama de soluções de drones para consumidores, profissionais e industriais, que são usadas em agricultura, levantamento e inspeção de infraestruturas.

Boeing (BA ) é outra empresa que desenvolve drones de alta resistência para usos de defesa e comerciais, enquanto Northrop Grumman (NOC ) está envolvida no desenvolvimento de UAVs como o RQ‑4 Global Hawk. Lockheed Martin (LMT ) é mais um gigante da defesa envolvido em tecnologia de drones, enquanto Kratos Defense & Security Solutions (KTOS ) está expandindo para setores comerciais.

Se analisarmos a indústria agrícola, a tecnologia de drones da Draganfly (DPRO ) foca em análises impulsionadas por IA, mapeamento e sistemas de resposta a emergências. AgEagle Aerial Systems (UAVS ) cria soluções baseadas em drones para monitoramento ambiental, enquanto a Parrot é um importante fabricante europeu de drones para uso em agricultura de precisão, mapeamento 3D e pesquisa de biodiversidade.

Hora de mergulhar mais fundo em alguns nomes proeminentes:

#1. AeroVironment, Inc.

Um líder em tecnologia de drones, a AeroVironment (AVAV ) especializa‑se em UAVs para aplicações militares e comerciais, incluindo monitoramento ambiental e agricultura.

Com negociação a US$ 209 no momento da redação, o preço das ações da AeroVironment subiu 65% este ano, elevando o valor de mercado da empresa para US$ 5,865 bilhões. Possui um EPS dos últimos doze meses (TTM) de 2,12, um P/E (TTM) de 98,08 e um ROE (TTM) de 8,30%.

No segundo trimestre de 2024, a empresa registrou US$ 189,5 milhões em receita, um aumento de 24,4% em relação ao ano anterior. O lucro não‑GAAP de US$ 0,89 por ação, entretanto, caiu de US$ 1 por ação no mesmo trimestre do ano passado. Seu fluxo de caixa livre ao final do trimestre foi de US$ 22,92 milhões.

A “receita recorde do primeiro trimestre” surge enquanto o fabricante de drones foca em se tornar uma empresa multibilionária nos próximos três a cinco anos, acima dos US$ 717 milhões em receita no exercício de 2024.

Seu produto, Switchblade, está no centro dessas ambições; trata‑se de uma munição de patrulha usada tanto pelos russos quanto pelos ucranianos. A AeroVironment está atualmente trabalhando para superar interferências com as últimas modificações, o que, juntamente com melhor treinamento, aumentará a taxa de eficácia do Switchblade acima de 80%.

Recentemente, o Exército dos EUA concedeu à empresa seu maior contrato de todos os tempos, no valor de até US$ 990 milhões, para cobrir compras do Switchblade até 2029. Em maio, o Pentágono também concedeu à AeroVironment um contrato para construir Switchblades para seu projeto Replicator. Não é só isso, até o Reino Unido, Lituânia e França compraram Switchblades. Mais de 20 países, segundo a AeroVironment, estão buscando adquirir esta aeronave.

#2. Trimble Inc.

A Trimble oferece soluções de drones geoespaciais e agrícolas que ajudam na coleta de dados, gerenciamento de terras e mapeamento 3D. Suas tecnologias desempenham um papel crítico na agricultura de precisão e monitoramento da construção. Suas soluções incluem Trimble Geospatial, que foca na troca de informações e fluxos de trabalho produtivos; Trimble Agriculture, que oferece o aplicativo FAST que ajuda os usuários a encontrar a combinação correta de produtos de agricultura de precisão para suas necessidades; e Trimble Reality Capture, que oferece imagens de 360 graus e nuvens de pontos.

Com negociação a US$ 62,14, no momento da redação, o preço das ações da Trimble subiu 16,82% este ano, elevando o valor de mercado da empresa para US$ 15,175 bilhões. Possui um EPS dos últimos doze meses (TTM) de 6,13, um P/E (TTM) de 10,14 e um ROE (TTM) de 30,34%.

No segundo trimestre de 2024, a empresa registrou US$ 2,11 bilhões em Receita Recorrente Anual (ARR), um aumento de 14%, enquanto as margens brutas foram de 66,5% e a margem EBITDA expandida de 24,6%. 75% da receita da Trimble provém de serviços de software, e a empresa enfatizou o foco em soluções de IA, escala industrial e as fases iniciais de monetização. A Trimble também compartilhou planos de retomar a recompra de ações. Enquanto isso, a empresa enfrenta desafios nos mercados chinês e japonês e observa um reconhecimento de receita lento no mercado automotivo.

Este mês, a Trimble ampliou sua joint venture de longa data com Caterpillar Inc. (CAT ) para a distribuição de soluções de controle de nível. No início deste ano, em fevereiro, a Trimble e a DroneDeploy introduziram precisão de posicionamento de primeira linha para captura de realidade por drones, o que permitirá aos operadores “entregar mapas altamente precisos” de forma mais rápida e consistente, “permitindo que drones sejam usados em aplicações geoespaciais de precisão”.

Conclusão

O uso de drones para coletar eDNA em áreas praticamente inacessíveis aos humanos representa mais uma aplicação empolgante de UAVs e um salto significativo nos esforços de conservação ambiental. Além disso, ao fornecer dados detalhados de biodiversidade enquanto elimina a necessidade de acesso humano a locais perigosos, os drones permitem monitoramento de ecossistemas mais rápido, seguro e abrangente.

Já, inovações tecnológicas expandiram as aplicações de drones para uma ampla gama de indústrias, incluindo logística, agricultura, defesa e monitoramento ambiental. Agora, eles estão prontos para remodelar a pesquisa de biodiversidade que pode nos ajudar a enfrentar os impactos das mudanças climáticas e orientar nossos esforços para proteger a biodiversidade do planeta, que é crítica para os humanos, o meio ambiente e a economia.

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