Pelo mar, terra e espaço: Os novos caminhos da exploração científica

O Futuris foi conhecer os cientistas e as tecnologias que abrem novos caminhos na exploração de tudo o que nos rodeia, das profundezas do oceano até à imensidão do universo.

Revelar o que repousa lá no fundo

A bordo do navio está uma equipa de cientistas que passou um mês a estudar diferentes ecossistemas do Oceano Atlântico. A atracagem em Málaga permite fazer um balanço. “Há várias mudanças no oceano: a acidez está a aumentar; a temperatura também; e há alterações nas correntes marinhas. Estamos a tentar compreender tudo isto”, afirma J. Murray Roberts, professor de Biologia Marinha da Universidade de Edimburgo.

Estes cientistas dizem que a velocidade a que as mudanças estão a ocorrer não tem precedentes na história do nosso planeta. O projeto europeu de investigação em que participam, chamado Atlas, lançou 25 expedições no Atlântico Norte.

The eu_atlas</a> project studies the ocean using a range of hi-tech tools, including autonomous underwater drones – <a href="https://twitter.com/jmurrayroberts">jmurrayroberts explains pic.twitter.com/syRKlf1NtG

— Denis Loctier (@loctier) 29 octobre 2016

Segundo Covadonga Orejas Saco del Valle, do Instituto Espanhol de Oceanografia, “nunca se tinha conseguido ir a uma profundidade tão grande. Este veículo subaquático permitiu-nos tirar imagens únicas, fomos até sítios nunca antes visitados pelo Homem. Isto possibilita o estudo da distribuição dos organismos, da composição das comunidades e o papel que desempenham no ecossistema”.

O veículo robotizado operado à distância, ou ROV, que esta equipa científica utilizou, mergulhou a nada menos do que dois quilómetros de profundidade ao largo dos Açores. “Se não formos mesmo até ao leito marinho, nunca o iremos compreender. Os ROV são os olhos e as mãos dos investigadores, permitem observar grandes áreas em alta definição e recolher cuidadosamente amostras dos animais que lá vivem”, salienta J. Murray Roberts.

Neste caso, as amostras obtidas destinam-se ao estudo dos laços genéticos entre os organismos marinhos do Atlântico e do Mediterrâneo. Joana Boavida, bióloga marinha do Ifremer, aponta que “são sítios que precisamos criticamente de conhecer e de proteger. A informação sobre a conetividade das populações é muito necessária para que possamos construir bons planos de gestão dos recursos genéticos marinhos ao nível da Europa”.

Samples retrieved from 2,000m depth in the Atlantic Ocean – we're working onboard the research vessel back from the eu_atlas</a> study <a href="https://t.co/VcUiTv35F2">pic.twitter.com/VcUiTv35F2</a></p>&mdash; Denis Loctier (loctier) 26 octobre 2016

Este conhecimento pode ser essencial para compreender melhor o impacto das alterações climáticas nos oceanos e da exploração industrial de recursos marinhos.

A agricultura ao detalhe

Na Ucrânia, um outro projeto europeu estuda novos métodos de produção agrícola mais eficientes e amigos do ambiente.

O conceito parece simples: um drone que transporta uma câmara especial para fotografar terrenos agrícolas em alta resolução. Para começar, o nível de detalhe é muito maior do que o alcançado através das habituais imagens de satélite.

“Analisamos imagens pormenorizadas que nos indicam claramente os diferentes campos de cultivo e as culturas em questão, o que nos permite criar um mapa muito específico”, diz-nos Mykola Lavreniuk, investigador em Inteligência Artificial do Instituto de Investigação Espacial ucraniano.

These Ukrainian researchers use autonomous drone to take aerial shots of agricultural lands, making a convenient map – coming up in #Futurispic.twitter.com/G1f6CElB12

— Denis Loctier (@loctier) 13 octobre 2016

Os investigadores do projeto Sigma usam uma aplicação móvel para obter dados estatísticos sobre cada colheita desta zona. “Conseguimos saber em que estado está cada campo de cultivo, desde o crescimento ao desenvolvimento das plantas, o que pode otimizar as colheitas”, sublinha um deles, Bohdan Yailymov.

Já foram estudados mais de 5 mil campos de cultivo em toda a Ucrânia. O processo é o mesmo: as imagens são inseridas num software que recorre a algoritmos para combinar os diferentes dados recolhidos e gerar um mapa com todas as informações.

“Uma vez que recolhemos um grande volume de imagens, temos de as processar automaticamente. Para o fazer, desenvolvemos modelos que simulam a capacidade do cérebro humano de identificar dados diferentes. O sistema identifica e classifica automaticamente o tipo de terreno em causa e as principais culturas locais”, explica Nataliia Kussul, vice-diretora do instituto ucraniano.

O sistema, também a ser testado noutros países, pode providenciar um quadro global sobre a produção agrícola, ajudando, por exemplo, a controlar a subida de preços de alimentos que estejam em carência num determinado local.

“Testamos métodos diferentes – mapeamentos, estatísticas, monitorização de produções -, mas também analisamos o impacto ambiental de determinadas alterações ao nível da agricultura. Os resultados permitem estabelecer métodos mais sólidos que podem ser implementados à escala global”, garante o coordenador do projeto, Sven Gilliams.

Em busca dos primórdios do Universo

Os radiotelescópios lideram a exploração de zonas remotas do universo. Em Cambridge, um grupo de cientistas está a criar um observatório de escala transcontinental.

Para já, construiu-se o protótipo daquele que será o maior radiotelescópio do mundo: o chamado SKA vai consistir em milhares de antenas que, juntas, irão representar uma área de um quilómetro quadrado.

“Estes braços metálicos, que parecem uma árvore de Natal, recolhem fotões do céu e transformam-nos numa corrente elétrica que se desloca até à parte superior, onde se situam os componentes eletrónicos. Esta caixa branca contém os amplificadores que recolhem a corrente elétrica produzida pela antena e a ampliam para poder ser estudada pelos nossos supercomputadores”, afirma o astrónomo Eloy de Lera Acedo.

O resultado de combinar várias antenas de pequena dimensão é equivalente ao dos radiotelescópios de grande diâmetro, mas a custos muito mais reduzidos. Segundo o cientista Jeff Wagg, “o SKA é a próxima etapa na evolução da radioastronomia. O objetivo é criar dois telescópios: um na Austrália, de baixa frequência, com 130 mil antenas dipolo como estas; e outro na África do Sul, para frequências médias-altas, com cerca de 200 antenas parabólicas”.

E as expetativas são à medida: o SKA pode revelar alguns dos segredos dos primórdios do universo. “Imaginemos a possibilidade de criar um filme a três dimensões sobre a evolução dos gases e o desenvolvimento das estruturas do Universo, como a Via Láctea, começando cerca de mil milhões de anos após o Big Bang até aos dias de hoje”, refere Jeff Wagg.

A entrada em funcionamento está prevista para 2020. A logística é um desafio particular: as 130 mil antenas do lado australiano foram concebidas para serem fáceis de montar e de longa duração. “Todos os componentes eletrónicos têm de estar protegidos da areia que se pode introduzir na antena. O desenho da parte mecânica teve também em conta a possibilidade de ventos com mais de 160 km/hora e outras condições climatéricas dos desertos”, explica Eloy de Lera Acedo.

A partir da Austrália e da África do Sul, estes radiotelescópios vão funcionar como um só observatório. Os dados recolhidos por cada antena serão processados em tempo real por computadores com capacidades inéditas. “Basicamente, teremos dois supercomputadores, um em cada em país, com uma capacidade maior do que o supercomputador mais rápido que existe atualmente. O fluxo de dados que irá entrar nos processadores do SKA será maior do que o tráfego mundial de dados na internet. Ou seja, é um sistema gigantesco”, denota Rosie Bolton, da Universidade de Cambridge.

Na Holanda, existe um instrumento científico que nos dá uma ideia mais precisa do funcionamento do SKA: o LOFAR conta com cerca de 40 mil antenas. Segundo Michiel van Haarlem, “a parte central do LOFAR tem à volta de 25 estações. Depois há outras que estão espalhadas pela Holanda. Temos também estações internacionais na Alemanha, Polónia, Suécia, França, Reino Unido e, em breve, na Irlanda”.

O coração do LOFAR e as estações remotas estão ligados por fibra ótica a uma central de processamento, onde todos os sinais captados são reunidos para criar um mapeamento do céu. “As linhas de base criadas juntamente com as estações internacionais dão-nos uma visão límpida e detalhada do céu, o que não acontece quando todas as estações se encontram no mesmo sítio”, diz Michiel van Haarlem,

Para estudarem zonas precisas do céu, estes cientistas criaram computadores específicos que combinam sinais provenientes de antenas diversas, sincronizando a captação de ondas rádio vindas da mesma direção. “Todos os sinais oriundos de um determinado ponto são concentrados de forma coerente, ou seja, são sincronizados com a ajuda dos diferentes locais de recolha”, indica o engenheiro Gijs Schoonderbeek.

Tendo em conta a quantidade de fibra ótica que será utilizada no SKA – o equipamento de ligação custa cerca de mil euros no mercado -, os investigadores decidiram desenvolver uma versão bastante mais acessível. “Reduzimos o preço a 25 euros, o que é bastante substancial. Esta é a tecnologia que pretendemos: um pequeno módulo conetável que faz tudo o que queremos”, aponta o investigador Peter Maat.

Tudo para que possamos sondar o espaço dez mil vezes mais rápido do que até agora.