Agricultura de nível superior

Agricultura de nível superior

Dados e experiência da NASA ajudam a agricultura em ambiente controlado a atingir novos patamares

Dados e conhecimentos sobre crescimento de plantas em ambiente fechado desenvolvidos no Centro Espacial Kennedy por meio de pesquisas sobre suporte de vida bioregenerativo que poderiam alimentar astronautas em missões de longa duração ajudaram o IntraVision Group, sediado em Oslo, Noruega, a desenvolver um sistema completo de cultivo vertical interno e opções de iluminação LED para cultivar alimentos na Terra.

Levará anos até que os astronautas que vivem além do alcance das missões regulares de reabastecimento tenham que cultivar parte de seus próprios alimentos e remédios, mas a agricultura em pequena escala será essencial para a exploração lunar estendida e longas missões a Marte. A NASA vem se preparando para esse dia há décadas. Agora, usando a expertise que a agência espacial desenvolveu no cultivo de plantas em ambientes fechados, empresas privadas estão tornando a agricultura indoor uma importante fonte de alimento na Terra.

Entre as maiores operações de cultivo em ambientes fechados está o sistema de cultivo em ambiente fechado GravityFlow do IntraVision Group, que tem o potencial de produzir mais de meio milhão de quilos de produtos anualmente em uma única instalação.

Começando nos primeiros dias do programa espacial, a NASA trabalhou no cultivo de plantas sem luz solar, ar livre ou água abundante. A pesquisa em sistemas de suporte de vida bioregenerativos incluiu o cultivo de safras para produzir oxigênio e alimentos enquanto reciclava resíduos e dióxido de carbono. Décadas de esforço renderam centenas de artigos de pesquisa e outros recursos compartilhando condições de agricultura vertical bem-sucedidas, variando de iluminação e fluxo de oxigênio a nutrientes e “receitas” para produzir variedades específicas de plantas, ou cultivares ( Spinoff 2021 ).

A tarefa é tão complexa que exigiu mais expertise do que a agência tinha. Descrevendo-a como “muito além dos meios dos programas da NASA”, Gioia Massa, cientista de projetos de ciências biológicas no Kennedy Space Center da NASA na Flórida, disse que a lista de desafios é longa.

“O papel da NASA é abrir novos caminhos para algumas dessas tecnologias ou abordagens, financiando o desenvolvimento em estágio inicial”, ela disse. “Para aquelas coisas que têm aplicações terrestres ou potencial de comercialização, a indústria as pega.”

Produção de culturas espaciais

A partir de 2003, o desenvolvimento da tecnologia da IntraVision foi informado pelos dados da NASA e pela expertise da equipe, enquanto as duas organizações pesquisavam e testavam a tecnologia de crescimento de plantas no Controlled Environment Systems Research Facility da University of Guelph, em Toronto, Canadá. Como patrocinadora de longo prazo do programa, a IntraVision se beneficiou desses projetos, conduzidos em conjunto com pesquisadores da NASA.

Como parte de uma parceria informal de 20 anos com a universidade, a agência apoiou a criação da câmara Guelph Blue Box. A colaboração incluiu uma bolsa de pesquisa da NASA durante a qual Tom Graham, agora membro do corpo docente da universidade, conduziu experimentos de crescimento de plantas com luz vermelha.

Além de trocas informais de informações, como compartilhar resultados de um experimento específico, as descobertas também são publicadas ou apresentadas em conferências. Massa disse que sua equipe depende muito de outros cientistas para dados relacionados à produção de culturas espaciais.

“A University of Guelph é provavelmente o principal grupo trabalhando nesses tipos de desafios. Os dados que eles estão coletando e suas publicações estão realmente ajudando a atender às necessidades da NASA para entender diferentes soluções biológicas ou tecnológicas”, ela disse. As empresas estão preenchendo outras lacunas.

Fotobiologia – controlar organismos vivos com luz – é o foco principal da IntraVision, sediada em Oslo, Noruega. Desde que começou a trabalhar com LEDs em 2004, a empresa se expandiu para criar sistemas completos de agricultura de ambiente controlado (CEA). Um cliente pode ter uma fazenda inteira projetada pela empresa ou comprar componentes individuais para um sistema de crescimento de plantas.

O sistema de prateleiras verticais de 20 a 30 pés de altura é chamado GravityFlow. Ele inclui os kits de sensores Raptor, controladores de luz Maestro e um software de gerenciamento de instalações chamado Luminous. Os sistemas de iluminação LED da empresa emitem comprimentos de onda selecionados por meio de experimentos em plantas.

“Dizemos que as plantas têm sensores de luz, então elas são capazes de detectar raios UV, e luz azul, verde e vermelha no espectro visual, assim como luz infravermelha”, disse Per Aage Lysaa, CEO da empresa. “O espectro que uma planta detecta então dará início a um processo químico, que controla diretamente a morfologia e os processos de metabólitos primários e secundários.” Isso muda o sabor, o conteúdo de nutrientes, a cor e até mesmo o tamanho da planta. Para otimizar tudo isso, a IntraVision desenvolveu iluminação LED multiespectral que pode ser pré-programada automaticamente para diferentes necessidades da câmara de crescimento.

Alface mais segura

A empresa incorpora várias opções de iluminação e outras tecnologias em sua plataforma CEA para fazendas verticais escaláveis. O sistema GravityFlow controlado por computador gera qualquer espectro de luz e regula o fluxo de nutrientes hidropônicos, temperatura, velocidade do ar, níveis de dióxido de carbono e umidade relativa.

Uma variedade de sensores coleta dados enquanto o software personalizado usa essas informações para controlar o crescimento. Uma biblioteca de dados é gerada automaticamente e adicionada a um banco de dados maior da planta, que usa aprendizado de máquina para melhorar continuamente os sistemas.

Após uma pequena fazenda piloto em Toronto, Canadá, em 2017, o primeiro sistema de cultivo em grande escala foi construído pela Vision Greens no Canadá em 2020. Uma nova fazenda altamente automatizada, a primeira planejada para os Estados Unidos, iniciou a produção em Nova Jersey e produzirá entre 300 e 450 toneladas de produtos anualmente, exigindo apenas uma equipe limitada.

Além de otimizar as condições de cultivo, a automação permite que os produtores rastreiem uma colheita da semente à planta para produzir, e para o supermercado ou restaurante, melhorando a segurança alimentar, de acordo com Lysaa. O sistema fornece documentação do ciclo de vida que demonstra que o produto não está contaminado.

“O sistema sempre saberá qual planta está onde, para que você possa verificar as condições ideais”, disse ele. “Temos ferramentas de planejamento e alarmes para evitar problemas. E eliminamos as fontes de bactérias, como a E. coli encontrada na alface romana nos Estados Unidos, que matou várias pessoas.”

Aproximadamente 55% de toda a alface consumida neste país vem da Califórnia. Uma vez colhida, ela é enviada por mais de 2.000 milhas para plantas de processamento no Centro-Oeste ou na Costa Leste. Bactérias podem ser transferidas para as plantas a qualquer momento – de um pássaro acima ou da superfície de um contêiner de transporte. A CEA elimina essas fontes de possível contaminação.

A produção de alta qualidade e alto volume torna possível a transição da venda de pequenas quantidades de produtos que a maioria das fazendas verticais comerciais produz para um volume de nível de commodity que compete em preço com a agricultura tradicional subsidiada. E a CEA usa até 95% menos água, não requer pesticidas e cultiva mais alimentos em uma fração da terra, tornando-a uma alternativa sustentável.

Medicina e Mais

Graças em parte à pesquisa financiada pela NASA, a IntraVision se baseou na pesquisa de LED para produzir luminárias que geram 75% de luz e apenas 25% de calor. A empresa também se expandiu para LEDs com comprimentos de onda ultravioleta específicos. Eles controlam a morfologia em plantas com flores, incluindo muitas usadas para fins medicinais.

“Nós escolhemos cerca de 10 das importantes plantas medicinais chinesas, do Oriente Médio e outras plantas medicinais tradicionais para cultivar”, disse Lysaa. O esforço da empresa para desenvolver novas cultivares CEA se baseia em pesquisas realizadas para clientes sobre o cultivo interno de cannabis. Isso envolve o uso de diferentes espectros de luz para otimizar as plantas, o crescimento e a produção de moléculas bioativas.

Um cliente, Plant Form, usa o sistema de crescimento IntraVision para cultivar uma forma biossimilar de Herceptin, um medicamento que pacientes com câncer de mama tomam após uma operação. A empresa usa plantas de tabaco geneticamente modificadas para gerar uma forma biológica do medicamento. O Herceptin custa aproximadamente US$ 35.000 anualmente por paciente. Uma versão baseada em plantas custará consideravelmente menos.

Outras cultivares biotecnológicas bem-sucedidas são extratos alimentares, como óleo de menta. A menta em pasta de dente e goma de mascar é de plantas que costumavam crescer nos Estados Unidos até que se tornou muito cara. A menta agora é produzida no Sri Lanka, Vietnã e China, cujas populações estão forçando mais terras para a produção de alimentos. Reconhecendo que a menta poderia facilmente se tornar uma cultura CEA, a IntraVision tem a tecnologia para fazer essa transição.

Alimentando astronautas e outros humanos

À medida que as populações humanas crescem, os recursos necessários para fornecer alimentos estão diminuindo. Incêndios florestais mais quentes e extensos queimando terras aráveis, aumento de inundações costeiras e fluviais e contaminação de águas subterrâneas por fertilizantes químicos e pesticidas limitam o que as fazendas tradicionais podem produzir. A tecnologia CEA oferece um tipo diferente de agricultura para as gerações futuras, assim como alimentará os astronautas.

“À medida que crescemos no espaço, temos desafios semelhantes aos da agricultura indoor na Terra”, disse Massa. Os esforços da NASA para dar suporte a melhorias em produtos comerciais para o crescimento de plantas fornecem tecnologias prontas para uso que economizam tempo e dinheiro.

“A NASA faz as coisas que são difíceis, as coisas que não têm um retorno rápido sobre o investimento, e a indústria vai fazer as coisas que terão um retorno muito mais rápido sobre o investimento”, disse Massa. “Algumas das coisas em que trabalhamos são coisas que agora têm usos terrestres, como o uso de LEDs para cultivar plantas. Agora, isso é realmente algo.”

O primeiro teste de crescimento de culturas no Advanced Plant Habitat a bordo da Estação Espacial Internacional produziu ótimos resultados. As sementes de Arabidopsis – pequenas plantas floridas relacionadas ao repolho e à mostarda – cresceram bem, com base em mais de 40 anos de pesquisa sobre crescimento de plantas. Crédito: NASA
O sistema de agricultura em ambiente controlado (CEA) GravityFlow altamente automatizado desenvolvido pelo IntraVision Group requer apenas algumas pessoas para operar uma instalação que pode cultivar mais de 300 toneladas de alimentos anualmente. Crédito: IntraVision Group
Experimentos com diodos emissores de luz (LED) conduzidos pela University of Guelph se beneficiaram da pesquisa da NASA explorando como diferentes cores de luz afetavam os nutrientes, o sabor e a cor de inúmeras plantas. Esses dados informaram as opções de iluminação do IntraVision Group para o CEA. Crédito: University of Guelph
Uma variedade de alface romana mostra como a planta responde à luz branca, vermelha e azul. Cada uma tinha um conteúdo nutricional e sabor diferentes, mostrando que a qualidade e o tipo de luz são importantes. Crédito: University of Guelph
O IntraVision Group está usando a pesquisa de crescimento de plantas da NASA para levar a agricultura vertical a novos patamares. Torres de bandejas hidropônicas de 20 e 30 pés incluem iluminação LED personalizada, nutrientes, filtragem de água, fluxo de ar e níveis de CO2 para atender às necessidades da cultura. Crédito: IntraVision Group

Fonte: spinoff.nasa.gov

Agricultores obtêm ferramentas do espaço

Agricultores obtêm ferramentas do espaço

O serviço combina dados de sensores da NASA em órbita para determinar as condições atuais de campo

A IrriWatch BV de Wageningen, Holanda, usa fluxos de dados disponíveis publicamente de instrumentos construídos pela NASA em órbita, incluindo o Ecosystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment desenvolvido no Jet Propulsion Laboratory, para calcular o estresse das plantas e outros fatores importantes para a agricultura em campos de agricultores em todo o mundo. Os agricultores agora compram as informações quase em tempo real como um serviço baseado em assinatura.

O professor e cientista Wim Bastiaanssen fundou a empresa holandesa IrriWatch BV em 2019 porque queria colocar uma ferramenta poderosa, baseada no espaço, nas mãos dos agricultores – uma que os ajudaria a tomar decisões mais bem informadas sobre suas operações do dia a dia. Isso significa que a ferramenta, diferente de muitas outras baseadas em dados de satélite, oferece informações frequentes e atualizadas que podem ajudar os agricultores a salvar as colheitas antes do ponto sem retorno.

“Se você contar a eles o que aconteceu no campo deles há 10 dias, é tarde demais”, disse Roula Bachour, gerente de produtos da IrriWatch. “Você não precisa me dizer que tenho solo seco se eu já vejo que a colheita está morta.”

À medida que a NASA continuou a colocar mais olhos no céu e tornou os dados resultantes disponíveis gratuitamente, várias empresas surgiram para transformar essas informações em ferramentas para a agricultura. Mas elas normalmente informaram a tomada de decisões de longo prazo, como ajustar práticas agrícolas de uma estação para a outra ou antecipar colheitas com bastante antecedência. Bastiaanssen queria ajudar os agricultores a planejar cada dia com base nas condições em seus campos no momento.

O IrriWatch também é um dos únicos produtos a combinar essa pontualidade com a capacidade de usar dados de satélite para calcular a evapotranspiração – a quantidade de água que está evaporando do solo ou sendo “exalada” pelas plantações, o que é um excelente indicador da saúde das plantas. Essas informações são derivadas de termovisores em satélites aplicando algoritmos matemáticos sofisticados. Há um punhado desses modelos, um dos quais Bastiaanssen criou na década de 1990, e Bachour disse que esses modelos detalhados de balanço de energia são complicados o suficiente para que a maioria das empresas prefira métodos mais simples.

Embora modelos para observação da saúde das plantas baseados em dados de comprimentos de onda visíveis e infravermelhos próximos, como o índice de vegetação de diferença normalizada, sejam mais amplamente utilizados, eles geralmente não registram o estresse das plantas até que seja tarde demais, disse ela.

Em junho de 2023, a empresa, cujos escritórios permanecem em Wageningen, Holanda, se fundiu com a empresa luxemburguesa Hydrosat, que também fornece imagens térmicas de satélite e está lançando sua própria constelação de pequenos satélites para suplementar os imageadores da Terra existentes, garantindo imagens frequentes e de alta resolução em todo o globo. O IrriWatch manterá seu nome como um produto da Hydrosat.

Observando a murcha

Por enquanto, o IrriWatch extrai seus dados térmicos de três fontes. Uma, o Ecosystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment (ECOSTRESS), é o primeiro imageador da Terra desenvolvido especificamente para observar a evapotranspiração. Construído no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, o ECOSTRESS fica do lado de fora da Estação Espacial Internacional, onde foi afixado em 2018. Enquanto isso, uma série de satélites Landsat, construídos e lançados pela NASA e gerenciados pelo US Geological Survey, observam a superfície da Terra há 50 anos e formam o burro de carga pelo qual a maioria dos outros satélites de observação da Terra são calibrados. E o Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS) vem de uma parceria entre a NASA e a National Oceanic and Atmospheric Administration.

O ECOSTRESS ostenta mais faixas térmicas do que o Landsat e resolução muito maior do que o VIIRS. Mas sua casa na estação espacial lhe dá outra vantagem, disse Simon Hook, pesquisador principal do ECOSTRESS no JPL. Enquanto a maioria dos satélites de observação da Terra estão em órbita heliossíncrona, o que significa que eles sempre passam sobre os mesmos lugares na mesma hora do dia, a órbita da estação espacial a coloca sobre um determinado ponto em todos os diferentes momentos do dia. “Sabemos que o estresse das plantas está mudando ao longo do dia, então, ao voar em diferentes momentos do dia, podemos observar esse padrão, enquanto os outros satélites não podem”, disse Hook.

Como a evapotranspiração mostra quanta água uma cultura está consumindo e os modelos podem dizer o quão úmido o solo está, ela ajuda o fazendeiro a avaliar as necessidades de irrigação do dia a dia e obter o máximo de culturas com o mínimo de água, daí o nome IrriWatch. Mas mais informações podem ser extrapoladas desses dados, disse Bachour. Isso inclui a produção de matéria seca, que ajuda a prever os rendimentos, bem como a quantidade de água que um campo está usando ao longo do tempo, o que ajuda no gerenciamento da água. Também é usado para calcular quanto carbono está sendo sequestrado no solo, o que pode validar práticas agrícolas ecologicamente corretas. E, simplesmente mostrando o estresse das plantas, pode alertar os fazendeiros sobre doenças, pragas e outros problemas.

Bachour disse que também ouviu falar de benefícios de assinantes que conseguiram reduzir significativamente o consumo de diesel bombeando menos água ou planejaram sua colheita com base na produção diária de matéria seca, ou que economizaram tempo visitando apenas campos onde os dados mostravam problemas surgindo.

Mas nem todos os assinantes são agricultores. Os gestores de água da Califórnia à Índia usam o IrriWatch para calcular o uso de água com mais precisão e alocar água de forma mais justa. O serviço ajuda as empresas que criam variedades de sementes de plantas de algumas maneiras. Ele pode ajudá-las a monitorar e comparar diretamente o desempenho de suas variedades de plantas em diferentes partes do mundo. E como elas geralmente são cultivadas por contratados, a empresa de sementes pode querer fornecer aos seus agricultores contratados dados do IrriWatch para ajudá-los a cultivar e garantir práticas consistentes. Bachour observou que as empresas de processamento de alimentos também o usam para monitorar as fazendas de seus fornecedores para prever quanto rendimento esperar e quais fazendas devem ser colhidas primeiro. Outros assinantes ainda são empresas com suas próprias plataformas e aplicativos de agricultura digital, que incorporam dados do IrriWatch em seus produtos.

Tudo em todos os lugares, todos os dias

Na época da fusão, a IrriWatch, uma operação de oito pessoas, tinha clientes em cerca de 60 países.

Bachour observou que todo o modelo de negócios foi baseado em dados de alta qualidade da NASA que são precisos, constantemente atualizados e – crucialmente – disponíveis gratuitamente. “Você só pode disponibilizá-los para os fazendeiros se for acessível, e é acessível porque obtemos os dados de graça”, disse ela. “Eles não querem pagar mais do que a economia de água ou qualquer outra coisa que estejam ganhando.”

Se ela pudesse pedir algo mais, ela disse, seriam mais desses dados: “Gostaria que tivéssemos uma imagem do Landsat todos os dias em todo o mundo”. É um desejo que pode ser atendido em breve, não pelo Landsat, mas pela combinação de novos instrumentos da NASA e de outras agências espaciais, bem como pela futura constelação Hydrosat.

Por sua vez, o ECOSTRESS da NASA é um precursor de uma missão planejada de Biologia de Superfície e Geologia que expandirá seu trabalho, disse Hook. “Então, esperançosamente, essas medições estarão disponíveis para os fazendeiros por muitos anos.”

Olhando para o futuro, ele disse, as agências espaciais francesa e indiana estão propondo desenvolver outro instrumento similar, assim como a Agência Espacial Europeia. Ao combiná-los com os sucessores do ECOSTRESS, disse Hook, “teremos essas medições detalhadas de temperatura de toda a Terra todos os dias, e isso seria absolutamente fantástico para a ciência e para o benefício da sociedade”.

Em fevereiro de 2023, o fundador e CEO da IrriWatch, Wim Bastiaanssen, se encontra com fazendeiros no estado indiano de Madhya Pradesh, que estão usando o IrriWatch para programar a irrigação de forma mais eficiente para uma variedade de culturas. Crédito: IrriWatch BV

Capturas de tela do portal do IrriWatch mostram diferentes aspectos de campos no Condado de Madera, Califórnia, onde a Groundwater Sustainability Agency local usa o IrriWatch para monitorar a água usada para irrigação. De cima para baixo, as imagens, adquiridas em maio de 2023, mostram a produção de matéria seca, evapotranspiração e temperaturas de superfície. Crédito: IrriWatch BV

Uma das fontes de dados do IrriWatch é o Ecosystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment (ECOSTRESS), visto aqui passando por inspeção no Kennedy Space Center antes do lançamento. Construído no Jet Propulsion Laboratory e afixado na parte externa da Estação Espacial Internacional desde 2018, o ECOSTRESS é o primeiro imageador da Terra desenvolvido especificamente para observar a evapotranspiração, um importante indicador de estresse vegetal. Crédito: NASA

Fonte: spinoff.nasa.gov

Perfuradores de petróleo e ambientalistas concordam sobre espectrômetro pequeno e sensível

Perfuradores de petróleo e ambientalistas concordam sobre espectrômetro pequeno e sensível

Pequena ferramenta para estudar a qualidade da água obtém resultados em qualquer lugar

Assistência técnica e financiamento STTR do Jet Propulsion Laboratory ajudaram a Optoknowledge Systems Inc. (OKSI) a desenvolver um espectrômetro compacto para detecção de gases traço e isótopos, mesmo debaixo d’água, conhecido como espectrômetro de absorção capilar. Agora, a empresa afiliada da OKSI, Guiding Photonics de Torrance, Califórnia, oferece o dispositivo para uso pela indústria de petróleo e gás, conservacionistas ambientais e outros.

A meros 93 milhões de milhas do Sol, a Terra realmente não deveria ter tanta água quanto tem. Ninguém sabe como tudo chegou aqui. Max Coleman, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA no sul da Califórnia, subscreve a teoria de que uma quantidade significativa de água chegou em cometas que bombardearam o planeta há cerca de 4 bilhões de anos. Para procurar evidências, ele quer examinar a água de tantos locais ao redor do sistema solar quanto possível.

Especificamente, ele precisaria descobrir as proporções de diferentes isótopos dentro dessas amostras de água. Essas são versões ligeiramente diferentes da molécula de água, e as proporções em que estão presentes podem dizer muito aos pesquisadores sobre a história de uma amostra de água.

Ex-pesquisador geoquímico da indústria de petróleo e gás, Coleman também sabia que as proporções de isótopos conteriam informações valiosas para operações de perfuração offshore, pesquisadores ambientais e outros aqui na Terra.

Em 2012, a NASA enviou um espectrômetro de laser ajustável para analisar isótopos em Marte a bordo do rover Curiosity. Lá, o instrumento analisou isótopos de hidrogênio, carbono e oxigênio na atmosfera e em gases liberados de amostras que o rover adquiriu.

Agora, uma versão comercial menor e mais simples está disponível para analisar ambientes da Terra.

Diminua o volume

Isótopos são átomos do mesmo elemento que têm números diferentes de nêutrons, dando a eles pesos diferentes, embora sejam quimicamente idênticos. Esses átomos podem se combinar com outros para formar moléculas que também são idênticas, exceto pelo peso. A proporção de moléculas pesadas para leves em uma amostra depende dos processos pelos quais ela passou no passado, da evaporação e condensação ao metabolismo biológico. Mas contar as moléculas em uma amostra e identificar suas proporções não é uma tarefa fácil.

Embora inovador, o instrumento da Curiosity tem que encher uma célula de amostra de gás com quase um quarto de galão de volume para obter uma leitura precisa, o que o torna volumoso e, para certas aplicações, inútil. Agora, após anos de trabalho com o JPL, bem como com o Departamento de Energia e a Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA), uma empresa chamada Guiding Photonics LLC de Torrance, Califórnia, produziu um espectrômetro a laser que tem precisão semelhante, mas requer um volume de amostra de menos de um quarto de colher de chá.

A Guiding Photonics, que produz fibras ópticas e sensores comerciais, recentemente se separou da OKSI, anteriormente conhecida como OptoKnowledge Systems Inc., uma empresa de pesquisa e desenvolvimento com uma longa história de trabalho com a NASA. A partir de 2014, a OKSI recebeu dois contratos de Small Business Technology Transfer (STTR) por meio do JPL para desenvolver um espectrômetro a laser para detecção de gases traço e isótopos.

Assim como a versão no Curiosity, o espectrômetro direciona a luz laser através de uma amostra de gás. As moléculas naquela amostra vibram e giram em frequências diferentes dependendo de quais isótopos de qual elemento estão presentes, fazendo com que absorvam diferentes comprimentos de onda de luz. Ao observar o quanto certos comprimentos de onda são absorvidos, o dispositivo pode identificar moléculas e seus isótopos.

Enquanto a versão em Marte faz a luz do laser ricochetear para frente e para trás mais de 80 vezes através de uma célula cilíndrica para maximizar a absorção, o protótipo OKSI construído com financiamento STTR enviou o laser através de uma fibra óptica longa e fina com um núcleo oco e revestido reflexivamente. O design, que a empresa chama de espectrômetro de absorção capilar, requer apenas uma pequena amostra de gás para preencher a fibra, enquanto seu comprimento ainda fornece muitas oportunidades para que os fótons do laser sejam absorvidos pelas moléculas da amostra. O cabo de fibra também pode ser enrolado para produzir um dispositivo compacto.

Uma equipe em um laboratório do Departamento de Energia apresentou o conceito pela primeira vez, e o dispositivo que a OKSI construiu com financiamento do NASA STTR provou que ele funcionava. Além do financiamento, a empresa também usou pesquisas anteriores da NASA para construir seu primeiro espectrômetro de absorção capilar. “Eles fizeram muito trabalho pioneiro — coisas simples como, qual parte da impressão digital molecular do metano deveríamos atingir”, disse Jason Kriesel, cientista-chefe da OKSI e presidente da Guiding Photonics. “Quando eles montaram esse sistema para o rover Curiosity, eles fizeram muita pesquisa básica que podemos desenvolver.”

Coleman se envolveu no projeto de 2014 quando percebeu que era “realmente a minha praia”, ele disse, e quando esse financiamento acabou, ele e a OKSI colaboraram em um projeto com a NOAA. Os pesquisadores de lá estavam interessados ​​em usar tal dispositivo para testar metano de fontes de águas profundas, e um Acordo do Ato Espacial permitiu que o JPL ajudasse a OKSI a construir seu protótipo anterior sob subsídios da NOAA.

Usar o espectrômetro debaixo d’água exigia que gases fossem extraídos de uma amostra de água. Isso sempre foi feito com uma membrana, o que desvia as contagens de isótopos e requer um dispositivo volumoso, disse Kriesel. Em vez disso, Coleman surgiu com a nova solução de incorporar uma pequena câmara despressurizada na entrada da célula de amostra de fibra óptica. A baixa pressão faz com que os gases borbulhem para fora da água, tornando-os disponíveis para teste.

“Essa abordagem de desgaseificação não era usada antes porque seria difícil encher uma célula normal com a pequena quantidade de gás que você obtém dela”, disse Kriesel. “Mas, como você tem essa pequena célula de fibra oca, você pode se safar com esse novo método.”

A Guiding Photonics lançou sua célula de gás de fibra óptica Omega para espectroscopia a laser em 2021, disponível com ou sem sensores e câmara de desgaseificação.

Descoberta do petróleo, preservação do meio ambiente

A maior parte do interesse comercial inicial na tecnologia veio da indústria de petróleo e gás offshore, onde pelo menos um grande fornecedor já comprou vários sistemas e outros estão demonstrando interesse, disse Kriesel. Ele observou que os perfuradores de petróleo e gás offshore têm alguns motivos para olhar, por exemplo, para os isótopos de metano. O metano pode indicar um depósito subterrâneo de petróleo, ou pode estar vindo de uma carcaça de baleia em decomposição — os isótopos podem revelar a diferença. Caracterizar o conteúdo de metano da água em uma área antes da perfuração também informa as declarações de impacto ambiental e permite testes posteriores durante as operações para revelar quaisquer vazamentos, ajudando na manutenção das instalações e minimizando os danos ambientais.

Normalmente, disse Kriesel, o perfurador teria que enviar as amostras para um laboratório e aguardar os resultados, que direcionariam a próxima rodada de coleta de amostras. Em vez disso, obter resultados imediatos permite que o usuário caracterize uma área inteira em uma tentativa. “Essa tecnologia dá a eles a capacidade de medir no campo e tomar decisões em tempo real, em termos do que eles querem estudar mais a fundo, o que pode economizar muito dinheiro”, disse ele.

Outros projetos piloto usaram o novo espectrômetro de absorção capilar para procurar metano em pântanos costeiros – o que ajudaria os pesquisadores do clima a entender fontes e sumidouros de gases de efeito estufa – e para monitorar emissões de queimadas florestais prescritas usando um drone. Ser pequeno ajuda o dispositivo a se encaixar em um drone, onde ele pode medir as proporções de dióxido de carbono para monóxido de carbono, transmitindo informações valiosas sobre o incêndio abaixo.

O OKSI está agora trabalhando sob o financiamento SBIR do Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, para desenvolver um instrumento que poderia dar suporte à busca de Coleman pelas origens da água na Terra. Kriesel disse que espera que o projeto – adaptando a tecnologia para examinar isótopos de água na Lua – também resulte em um analisador comercial de isótopos de água da Guiding Photonics.

“Para meu interesse em água”, disse Coleman, “isso poderia se tornar um instrumento muito pequeno que poderia aproveitar outras missões da NASA para ir aqui, ali e em todos os lugares, estudando a água ao redor do sistema solar”.

Operadores da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA) observam de uma sala de controle enquanto um veículo operado remotamente mede a concentração de metano e as proporções de isótopos em um vulcão subaquático na costa do Oregon em julho de 2022. Foi o primeiro teste em águas profundas do espectrômetro de absorção capilar desenvolvido pela Optoknowledge Systems Inc. (OKSI) com financiamento da NOAA e da NASA e agora comercializado pela Guiding Photonics. Crédito: Andrew Fahrland

O Espectrômetro de Laser Ajustável no rover Curiosity Mars da NASA faz um laser ricochetear 81 vezes através de uma câmara cheia de gás de amostra. Isso mede a absorção de vários comprimentos de onda de laser para determinar não apenas as concentrações de diferentes gases, mas também suas proporções de isótopos, que dão pistas sobre a história da amostra. O financiamento e a experiência da NASA ajudaram uma empresa a desenvolver uma versão comercial muito menor da tecnologia. Crédito: NASA

A célula de gás Omega compacta da Guiding Photonics é uma fibra óptica longa, oca e enrolada. Ela requer apenas uma pequena amostra de gás para preenchê-la, mas o comprimento da fibra de 15 pés ou mais ainda oferece muitas oportunidades para um feixe de laser ajustável ser absorvido por moléculas na amostra. Crédito: Guiding Photonics LLC

Este espectrômetro de absorção capilar da Guiding Photonics é construído em torno da tecnologia de célula de gás de fibra óptica que a empresa afiliada OKSI desenvolveu com a ajuda da NASA e da NOAA. Crédito: Guiding Photonics LLC

Nicholas Ward, pesquisador do Laboratório Nacional do Pacífico Noroeste do Departamento de Energia, usa um espectrômetro de absorção capilar desenvolvido pela OKSI para medições de campo de metano em pântanos costeiros do estado de Washington em junho de 2021. Crédito: Jason Kriesel

Fonte: spinoff.nasa.gov

Tecnologia de bateria do Hubble mantém o poder na Terra

Tecnologia de bateria do Hubble mantém o poder na Terra

A tecnologia de níquel-hidrogênio é segura, durável e duradoura – agora também é acessível

Baterias de níquel-hidrogênio armazenam energia renovável para usinas de energia, empresas e residências, graças às inovações da EnerVenue, sediada em Fremont, Califórnia, informadas por artigos da NASA do Glenn Research Center sobre o desempenho da tecnologia no Telescópio Hubble, na Estação Espacial Internacional e muito mais.

A tecnologia de baterias que alimentou a Estação Espacial Internacional, o Telescópio Espacial Hubble e vários satélites agora está armazenando energia na Terra, permitindo que fontes intermitentes de energia renovável forneçam energia estável.

As baterias são “extremamente duráveis ​​em todos os sentidos da palavra”, disse Jorg Heinemann, CEO da EnerVenue Inc., sediada em Fremont, Califórnia, que conseguiu reduzir o custo da tecnologia ao eliminar a necessidade de platina cara, tornando as aplicações terrestres mais viáveis.

“Com nossas inovações de economia de custos, acreditamos que esta é a melhor bateria para usinas de energia, empresas e residências”, disse ele.

Energia da estação espacial

A tecnologia de baterias de níquel-hidrogênio já existe há décadas. Essas baterias foram desenvolvidas pela primeira vez na década de 1970 e, na década de 1980, começaram a substituir a tecnologia de níquel-cádmio em satélites de comunicações geossíncronos administrados pelo consórcio global Intelsat. Elas eram atraentes para aplicações espaciais porque eram seguras, confiáveis ​​em temperaturas extremas e tinham vida longa.

A NASA usou baterias de níquel-hidrogênio pela primeira vez em 1990 para o Telescópio Espacial Hubble — a estreia da tecnologia em órbita baixa da Terra em um grande projeto. O sistema de energia original do Hubble incluía seis baterias de níquel-hidrogênio de 125 libras que passavam por milhares de ciclos de carga-descarga por ano, extraindo energia dos painéis solares do telescópio quando o Sol estava à vista e gastando essa energia no eclipse.

As baterias foram projetadas para operar por cinco anos, mas todas ainda funcionavam 19 anos depois, quando os astronautas as substituíram por baterias de níquel-hidrogênio novas e mais eficientes.

Enquanto isso, a tecnologia continuou a voar em novas missões.

“Quando a estação espacial surgiu, conduzimos estudos comerciais sobre qual sistema de armazenamento de energia era o melhor para avaliar”, disse Thomas Miller, engenheiro do Centro de Pesquisa Glenn da NASA em Cleveland, que trabalhou em tecnologias de baterias para a agência espacial por mais de 40 anos.

Baterias de níquel-cádmio e células de combustível de hidrogênio-oxigênio também foram consideradas para o sistema de energia da estação espacial, disse Miller, em uma análise que examinou a confiabilidade em temperaturas extremas, o custo com fornecedores nacionais, a prontidão tecnológica e a longevidade.

“As baterias de níquel-hidrogênio superaram tudo”, disse Miller.

Seis delas foram lançadas em 2000, alimentando a estação espacial por mais de 18 anos antes de serem substituídas por baterias de íons de lítio.

“As baterias de níquel-hidrogênio eram o armazenamento primário de energia acoplado aos painéis solares originais”, disse Miller. “O sistema de energia era muito robusto. Era um dos subsistemas mais confiáveis ​​da Estação Espacial Internacional.”

Reduzindo o custo

As baterias são pesadas — não procure por elas em carros ou telefones do futuro — mas elas não são mais proibitivamente caras. A melhoria mais significativa da EnerVenue foi reduzir o custo de fabricação delas.

Cada célula de níquel-hidrogênio consiste em um cátodo de níquel — o eletrodo positivo — e um ânodo catalisado por hidrogênio, que normalmente usa platina cara. Carregar a bateria gera hidrogênio dentro do recipiente altamente pressurizado, que então é reabsorvido na descarga.

“Você pode pensar nisso como armazenar energia na forma de hidrogênio”, disse Heinemann.

O Conselheiro Chefe de Tecnologia da EnerVenue, Dr. Yi Cui, desenvolveu uma técnica para remover platina dessas baterias, reduzindo drasticamente os custos da tecnologia que se tornou mais sofisticada ao longo de décadas de adaptação da NASA para missões de alto nível. Grande parte da base para as baterias da EnerVenue foi lançada pela NASA e descrita em artigos publicados por Glenn, disse Heinemann.

Durando para sempre

Embora sejam maiores e mais pesadas do que as células de íons de lítio, as baterias fornecem mais armazenamento de energia por metro quadrado de espaço no chão do que as alternativas, disse a empresa. Isso ocorre porque elas podem ser empilhadas mais alto sem risco de incêndio, mesmo em temperaturas extremas.

Essas baterias também não exigem controle de temperatura nem manutenção que consumam muita energia, e a EnerVenue disse que suas baterias de níquel-hidrogênio funcionarão com quase 90% da capacidade após 20 anos.

“Basicamente, dura para sempre”, disse Heinemann.

A EnerVenue tem uma linha de montagem automatizada em Fremont e uma fábrica muito maior em andamento no Kentucky. Heinemann disse que as baterias da empresa estão “basicamente esgotadas pelos próximos cinco anos”, principalmente para serviços públicos de grande porte e usinas de energia renovável que precisam armazenar energia gerada por fontes intermitentes como solar e eólica. E mais de 20.000 baterias já estão em operação, compradas para projetos piloto nos quais tanto os proprietários do local quanto a EnerVenue estão coletando dados de desempenho.

A empresa disse que tem cerca de US$ 500 milhões em ordens de compra, além de outros US$ 1,3 bilhão em memorandos de entendimento de clientes de grande porte, com um mercado potencial de mais de US$ 8 bilhões somente na América do Norte. Ela levantou US$ 125 milhões em uma rodada de financiamento da Série A que foi encerrada no final de 2021 e, em junho, anunciou que havia levantado mais da metade de outra rodada de arrecadação de fundos de US$ 515 milhões.

“Desde que não se mova, temos a melhor resposta em termos de armazenamento de energia”, disse Heinemann, observando que a longevidade das baterias as torna um divisor de águas, embora seu tamanho e peso ainda as tornem inadequadas para carros e telefones.

Miller, da NASA, estava otimista sobre o uso dessa tecnologia de bateria na Terra. “É um ótimo conceito”, ele disse. “Estou feliz que eles conseguiram melhorar o custo de fabricação.”

As baterias da EnerVenue não exigem controle de temperatura ou manutenção que consumam energia e podem ser armazenadas em qualquer lugar, incluindo na estação de baterias “EnerStation” da empresa, mostrada aqui. Crédito: EnerVenue, Inc.

Baterias de níquel-hidrogênio podem fornecer mais armazenamento de energia por pé quadrado de espaço no chão do que alternativas porque podem ser empilhadas mais alto sem risco de incêndio, mesmo em temperaturas extremas. Crédito: EnerVenue Inc.

As baterias de níquel-hidrogênio da EnerVenue são ideais para armazenamento de energia estacionária, onde sua segurança, baixa manutenção e longevidade superam suas alternativas. Crédito: EnerVenue Inc.

A EnerVenue reduziu o custo da tecnologia de níquel-hidrogênio e a revestiu em recipientes seguros e robustos, como a bateria retratada aqui, pronta para armazenar energia renovável em uma ampla gama de situações terrestres. Crédito: EnerVenue Inc.

Baterias de níquel-hidrogênio foram o principal armazenamento de energia para a Estação Espacial Internacional por mais de 18 anos antes de serem substituídas e, retratadas aqui em 2020, retornaram à Terra. Crédito: NASA

As baterias originais de níquel-hidrogênio do Telescópio Espacial Hubble foram projetadas para operar por cinco anos, mas ainda estavam funcionando depois de 19, quando os astronautas, incluindo John Grunsfeld, retratado aqui, as substituíram em 2009 por baterias de níquel-hidrogênio novas e mais eficientes. Crédito: NASA

Fonte: spinoff.nasa.gov

Moradias de produção própria

Moradias de produção própria

Cultivo de cogumelos para construir moradias na Terra, na Lua e em Marte

Cultivar habitats lunares e marcianos a partir de cogumelos requer um processo especial, então o Ames Research Center usou o financiamento do NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) para criar e testar um sistema de crescimento. Ele foi adaptado e usado pela Mycohab de Windhoek, Namíbia, para produzir cogumelos gourmet e tijolos à base de fungos para habitação.

Os Smurfs fazem isso desde a década de 1950, mas um grupo trabalhando com a NASA está tornando possível que as pessoas finalmente aproveitem os benefícios de viver em casas de cogumelo. Colaborando com um estúdio de arquitetura, o Ames Research Center da NASA no Vale do Silício, Califórnia, desenvolveu uma maneira de usar fungos filamentosos cultivados no espaço para criar um novo tipo de habitat para astronautas — um que também pode conferir vantagens na Terra.

Os caules e as tampas dos cogumelos podem adicionar sabor e nutrientes aos alimentos, mas os micélios fúngicos — as partes semelhantes a raízes que crescem no subsolo — podem formar parte de um excelente material de construção. A NASA e o estúdio de arquitetura, conhecido como redhouse, juntamente com algumas universidades, pesquisaram o conceito com financiamento do programa NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC). Essa pesquisa se tornou a base para a Mycohab Foundation, uma organização sem fins lucrativos focada no uso de cogumelos para criar materiais de construção sustentáveis ​​e oportunidades econômicas.

Para continuar financiando esse esforço, o braço comercial da fundação, Mycohab Ltd. de Windhoek, Namíbia, vende cogumelos gourmet para varejistas, mercados e hotéis locais. A receita paga pelo outro produto da Mycohab — tijolos de construção de um pé cúbico. Toda essa agricultura de cogumelos também serve a outro propósito: eliminar e reutilizar uma planta destrutiva, crescida demais e faminta por água.

Acacia mellifera foi autorizada a se espalhar virtualmente sem controle no mato africano desde a introdução da pecuária. Mas quando as plantas prejudiciais ao meio ambiente são moídas em cobertura morta, elas se tornam o substrato perfeito, ou substituição do solo, para o cultivo de cogumelos. Depois que os cogumelos são colhidos para consumo, a cobertura morta ligada ao micélio que eles deixam para trás pode ser seca e assada em tijolos.

Chris Maurer, arquiteto principal do estúdio Redhouse e cofundador da Mycohab, disse que o processo de cultivo que a empresa está usando precisa ser comprovado como bem-sucedido na Terra antes de criar os primeiros habitats na Lua a partir de fungos.

Micotetura

Não é qualquer cogumelo ou substrato que serve para cultivar habitats. Para o material de construção mais forte produzido no menor período de tempo, os cientistas da NASA escolheram a cepa de cogumelos Ganoderma lucidum. A equipe então experimentou diferentes tipos de substratos, incluindo um com simulador de solo lunar para usar com um hidrogel de nutrientes personalizado para produzir cogumelos nutritivos que não se tornarão tóxicos à medida que amadurecem. Mas o substrato também não poderia ter muitos nutrientes, pois isso encorajaria o crescimento excessivo de bactérias perigosas. Finalmente, os micélios fúngicos uniram o substrato enquanto extraíam nutrientes no processo de crescimento, formando o material de construção.

Os experimentos provaram a viabilidade do uso duplo de fungos como alimento e material de construção. Mas a aplicação da teoria na vida real é um sucesso econômico. A Mycohab está usando resíduos locais como substrato apoiado pelo know-how da NASA para cultivar cogumelos nutricionalmente equilibrados na África. A Mycofood requer menos terra, água, energia e tempo para produzir alimentos com um nível de proteína comparável à carne. E os resíduos do cultivo fornecem um material de construção barato em comunidades com poucos
ou nenhum recurso extra.

A “micocultura” — arquitetura baseada em micélios — poderia florescer igualmente bem usando material disponível em locais fora do planeta, fornecendo comida e abrigo a qualquer hora e em qualquer lugar.

E como os fungos podem crescer em qualquer lugar, não será necessário escolher um local de pouso adequado ao habitat — ele se adaptará ao local, explicou Lynn Rothschild, pesquisadora sênior da Ames e principal pesquisadora do projeto financiado pelo NIAC.

“Se vamos fazer algo de longo prazo, como os planos para assentamentos humanos na Lua, teremos que reciclar materiais”, ela disse. “O que estamos tentando fazer ao desenvolver tecnologias para uso fora do planeta é o experimento de sustentabilidade definitivo. Aqui, vamos à loja de ferragens para comprar as coisas de que precisamos, mas não há loja de ferragens na Lua. Temos que pensar nisso.”

Para estruturas em outro corpo planetário, a NASA usará um andaime leve e um hidrogel nutriente para servir como substrato para o crescimento do micélio. Tudo isso é envolto em folhas semelhantes a sacos plásticos que servem como o molde que controla o formato do edifício. Pense em uma jangada autoinflável: o ar flui até que esteja cheia. À medida que o micélio cresce e consome os nutrientes, ele se reproduz, expandindo-se para preencher o espaço disponível. Se as folhas forem em forma de domo, uma estrutura de domo rígida é o resultado final.

Tudo isso poderia ser feito antes mesmo da chegada dos astronautas. Depois que os humanos pousarem, mais estruturas poderiam ser cultivadas com nutrientes de fluxos de resíduos orgânicos em vez de matéria-prima lançada da Terra. Incorporar poeira e rochas da superfície lunar poderia economizar ainda mais peso.

Cogumelos-da-lua

Após provar que o processo de crescimento funcionava, Maurer da redhouse criou todos os tipos de objetos — hashis, pratos, móveis e agora uma casa. No final das contas, ele queria encontrar uma maneira de usar a biofabricação na arquitetura onde os materiais de construção são escassos ou de custo proibitivo. Trabalhar com a NASA lhe deu a oportunidade
de fazer exatamente isso.

“Nós sequestramos uma libra de dióxido de carbono para cada libra de material que fazemos, em comparação ao concreto que emite uma libra de dióxido de carbono para cada libra criada”, ele disse. Enquanto estiver protegido da umidade, esse material permanecerá estruturalmente sólido e durará tanto quanto a estrutura de madeira convencional encontrada em catedrais e casas com cem anos de idade.

Usar resíduos biológicos disponíveis localmente requer uma receita única para produzir o material de construção desejado. Se um tijolo denso for necessário, é necessário escolher o tipo certo de micélio e técnicas de processamento, como compressão e secagem ao ar ou até mesmo cozimento.

Como a Mycohab está usando o lixo criado pelos arbustos de Acacia mellifera, ela pode produzir tijolos de forma barata e rápida — em dias e, em alguns casos, horas — graças ao suprimento abundante. Usar os tijolos como material de construção primário torna possível produzir uma pequena casa por cerca de US$ 8.000, permitindo a construção rápida de moradias humanitárias ou abrigos de emergência durante um desastre natural ou uma crise de refugiados.

Essas casas têm o benefício adicional de quase não gerar resíduos.

“Em vez de colocar casas demolidas em aterros sanitários como fazemos agora e gerar muitos gases e toxinas nocivos à medida que se decompõem, esse material de construção pode ser misturado ao solo, convertendo esse carbono em novas plantações”, disse Maurer.

A Mycohab concluiu uma casa de demonstração em 2024 que usa micélio como estrutura da construção para fornecer um exemplo de como os tijolos da empresa podem ser usados ​​para construir uma casa barata e confortável.

Um pouco de casa

Embora pesquisas adicionais ainda sejam necessárias, há muitos benefícios para habitats terrestres e planetários. Materiais miceliais são isolantes térmicos comprovadamente resistentes ao fogo que não liberam gases como plástico e cola. A densidade e as propriedades do material podem ser ajustadas durante a produção e têm o potencial de absorver poluentes do ar interno, melhorando o ambiente interno. A NASA está investigando esses fatores e muito mais.

Fungos ricos em melanina também podem absorver radioatividade, mesmo em níveis encontrados no espaço, então aumentar essa característica poderia fornecer aos astronautas proteção adicional. Adicionar chumbo do solo marciano à matéria-prima poderia fornecer ainda mais blindagem.

Materiais feitos com micélios também absorvem som e vibrações, ideais para espaçonaves de longa duração em órbita baixa da Terra. Rothschild está trabalhando com parceiros de projeto para enviar um experimento para a futura estação espacial pública-privada, Starlab.

“Micomateriais, mesmo como um verniz, têm benefícios psicológicos. Se você tem micélios ligando lascas de madeira desidratadas, esse verniz lembra você de casa em vez de tentar viver em uma estrutura de aço inoxidável, que não é muito amigável ao ser humano”, disse Rothschild. “Ele também tem benefícios acústicos. Há muita vibração e ruído na estação espacial. Então, se os painéis puderem fazer alguma absorção de ruído, isso seria fantástico.”

Enquanto isso, a Mycohab está cultivando e vendendo cogumelos enquanto desenvolve produtos de varejo adicionais, como chás e suplementos alimentares que podem ser exportados para o mundo todo. Eventualmente, o licenciamento para o processo proprietário de cultivo de micélio estará disponível para construtores comerciais que desejam aproveitar o biorresíduo barato perto de canteiros de obras. Qualquer coisa, desde a palha resultante da colheita de trigo ou arroz até arbustos de acácia, pode ser usada em novas casas ou empresas.

“É um longo desvio para o espaço sideral para realmente pousar esse projeto na África”, disse Maurer. “Mas isso nunca teria acontecido se não tivéssemos esse projeto com Lynn Rothschild, com o NIAC. Se não tivesse sido financiado pela NASA, não estaríamos onde estamos hoje.”

A Mycohab está cultivando cogumelos gourmet em áreas da África onde a agricultura é difícil, usando uma técnica desenvolvida para agricultura lunar. Crédito: Mycohab Ltd.

Vendas de cogumelos gourmet, disponíveis na África, financiam a iniciativa de moradia de baixo custo da Mycohab. Crédito: Mycohab Ltd.

Esta imagem microscópica mostra micélios fúngicos, os fios semelhantes a raízes que crescem em um substrato e alimentam nutrientes para a parte que vemos — cogumelos. Crédito: NASA

Este banco criado por um projeto financiado pela NASA prova que é possível fabricar móveis usando o mesmo micélio fúngico que cria tijolos na Terra. Crédito: NASA

A equipe da Mycohab usa uma técnica de cultivo desenvolvida pela NASA para criar alimentos e moradias sustentáveis, ao mesmo tempo em que remove uma planta que sufoca o suprimento de água da Namíbia e danifica habitats de vida selvagem. Crédito: Mycohab Ltd.

Ivan Severus, gerente do local da Mycohab, segura um tijolo feito de substrato usado para cultivar cogumelos. Este micomaterial vem de cobertura vegetal lenhosa unida pelo micélio fúngico. Crédito: Mycohab Ltd.

A primeira casa construída com micomateriais demonstra que seria possível construir estruturas a partir de materiais in situ na Lua e em Marte. A ilustração à esquerda mostra o plano de construção do edifício, enquanto a foto superior mostra a construção em andamento. A foto acima mostra o produto final, com gesso de lama cobrindo paredes de “mycoblock” cobertas com um telhado de concreto. No topo fica um telhado de metal suportando painéis solares. Crédito: Mycohab Ltd.

Fonte: spinoff.nasa.gov

Tomando o pulso da Terra

Tomando o pulso da Terra

A aplicação de IA aos dados da Terra revela opções sustentáveis ​​para agricultura, reflorestamento e gestão de terras

Ao combinar dados e imagens de satélite da NASA com inteligência artificial proprietária desenvolvida pela terraPulse, Inc., a empresa sediada em North Potomac, Maryland, possibilita que empresas monitorem mudanças na superfície da Terra agora e nos últimos 40 anos.

Erupções vulcânicas, inundações e tornados podem mudar drasticamente a superfície da Terra a ponto de alterações poderem ser vistas do espaço. Algumas modificações causadas pela intervenção humana, como mineração e desmatamento, também são visíveis em imagens de satélite. Nos últimos 50 anos, os satélites Landsat da NASA registraram a superfície mutável do nosso planeta. Agora, mapas de uma empresa chamada terraPulse Inc. ajudam instituições acadêmicas, organizações não governamentais e empresas a ver, entender e gerenciar essas mudanças.

Ao combinar dados históricos e atuais de vários satélites da NASA e europeus, a empresa sediada em North Potomac, Maryland, aplica inteligência artificial (IA) para criar mapas significativos. Essa aplicação do volume massivo de dados da NASA permite que o setor privado tome decisões ecológicas baseadas em dados, de acordo com Joe Sexton, cientista-chefe da terraPulse.

“Nós tomamos o pulso do planeta”, ele disse. “Somos capazes de ver toda a superfície da Terra através de quase 40 anos de mudança. Muitas sociedades cresceram e fracassaram frequentemente porque não conseguiam ver que estavam ultrapassando e usando mal seus recursos naturais. Essa nova habilidade é a melhor chance da humanidade para a sustentabilidade global.”

Dados práticos

“Uma das missões mais importantes da NASA é estudar nosso planeta natal”, disse a Dra. Kathrine Calvin, cientista-chefe e consultora climática sênior da agência, explicando que os muitos satélites de observação da Terra da NASA têm instrumentação para coletar uma variedade de informações. Esses dados incluem imagens, medições atmosféricas e muito mais, criando uma visão abrangente do nosso mundo em constante mudança ( Spinoff 2022 ).

Tudo isso ajudou a tornar a NASA uma líder global na compreensão da ciência da Terra e das mudanças climáticas. Amplos esforços colaborativos com agências espaciais internacionais, instituições acadêmicas, pesquisadores e outros identificam lacunas nos dados e no plano para iniciativas futuras. Os dados resultantes estão disponíveis gratuitamente para qualquer um que os queira.

“Nós geramos um volume muito grande de dados e estamos começando a movê-los para a nuvem”, disse Calvin. Analisar e organizar conjuntos de dados e apresentá-los em formatos úteis é outro esforço contínuo. Usando a elevação do nível do mar como exemplo, Calvin explicou que os satélites medem a altura e o encolhimento de enormes camadas de gelo e a taxa de elevação do nível do mar ao longo do tempo.

Os dados ajudam os cientistas a entender as mudanças no meio ambiente e os processos que as impulsionam, o que pode fornecer informações práticas aos tomadores de decisões locais para planejamento de infraestrutura e preparação para desastres.

No Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, que gerencia muitas das missões de satélite da agência, Sexton foi contratado em 2009 como cientista de pós-doutorado em um projeto para criar o primeiro mapa de alta resolução do mundo da cobertura florestal global. Isso provou ser formativo para seu trabalho.

Plantando árvores, prevenindo incêndios

Dados geoespaciais – informações sobre fenômenos, objetos ou eventos na superfície da Terra – são uma indústria em rápido crescimento.

“Essa nova combinação de imagens de satélite, inteligência artificial e nuvem nos dá a capacidade de desenvolver mais rápido e produzir produtos de dados pertinentes que dão suporte a uma indústria inteiramente nova construída com base na inteligência de localização”, disse Sexton.

Fundos de vários apoiadores do setor público e privado, incluindo subsídios financiados pela NASA, construíram o primeiro mapa global de florestas do mundo em resolução Landsat. O uso de IA e aprendizado de máquina permitiu que a equipe com a qual Sexton trabalhou mais tarde na Universidade de Maryland concluísse o projeto em 2013. A TerraPulse foi formada em 2014 para oferecer monitoramento e análise de ecossistemas em escalas locais e globais. O que começou como suporte para pesquisa acadêmica e científica está se expandindo para incluir vários interesses comerciais.

Uma empresa de mudas de pinheiro precisava identificar clareiras de madeira no sudeste dos Estados Unidos para alcançar potenciais clientes de reflorestamento. Uma empresa de energia de biomassa precisava verificar se os fornecedores estavam reflorestando após a colheita de madeira para suas fábricas. Complementar observações no local economiza horas de trabalho da equipe e o caro processo de avaliação dessas observações.

No entanto, mapear biomassa – a mistura de vegetação no solo, como árvores, arbustos e gramíneas – pode ser complicado. É essencial que os dados históricos para a mesma geografia exata sejam coletados ao longo dos anos. “Podemos voltar para qualquer lugar do mundo porque os algoritmos e dados do terraPulse são consistentes para trás ao longo do tempo”, disse Sexton.

Essa mesma visão abrangente também permite observar quaisquer incêndios ocorridos no registro de satélite.

O fogo muda as paisagens, então é essencial usar as imagens corretas ao modelar o risco de incêndio. A previsão de incêndios florestais é crítica para a segurança pública e o planejamento de desastres. Mas mais indústrias também estão buscando dados de satélite para planejar a resiliência às mudanças climáticas monitorando instalações em todo o mundo, identificando fatores de risco administráveis ​​e muito mais ( Spinoff 2021 ).

Valorização de créditos de carbono

Corretores de terras, companhias de seguros, investidores e desenvolvedores estão adotando uma visão mais sustentável do uso da terra e recorrendo a empresas como a terraPulse para obter melhores informações sobre uma área geográfica. Para um resort, as melhores vistas podem determinar o valor do aluguel de cabines. Outros podem precisar saber quais recursos naturais estão próximos.

Estratégias de avaliação de risco são um foco principal, de acordo com Sexton. “Ajuda o cliente quando pegamos seus dados, aplicamos nossa IA e fornecemos a eles um mapa regional que mostra mudanças e condições específicas para suas necessidades”, disse ele. Isso pode ser olhar para o histórico de inundações para adicionar medidas preventivas.

Os clientes agrícolas também precisam de informações, seja para uma fazenda familiar ou para várias propriedades em vários estados. Os fazendeiros podem monitorar as características da terra e do habitat da vida selvagem nas proximidades para informar mudanças no plantio. Os pecuaristas rastreiam os índices de saúde da vegetação durante a estação de crescimento para influenciar as escolhas de gerenciamento de alcance.

Um novo serviço chamado terraView é uma plataforma online para monitorar cobertura de árvores, desmatamento e outros índices. Com resolução espacial de 32 pés a partir de 2017 usando dados Sentinel-2 da Agência Espacial Europeia, e com resolução espacial de 98 pés de volta a 1984 usando Landsat, este serviço detecta e monitora mudanças florestais globalmente na mais alta resolução disponível em escala mundial.

Para clientes do mercado de carbono, esse tipo de mapeamento ajuda a definir o valor das áreas florestais deixadas em um estado natural. Para compensar as emissões de combustíveis fósseis, uma empresa pode comprar “créditos de carbono” – um crédito equivale a uma tonelada de dióxido de carbono ou a quantidade equivalente de outro gás de efeito estufa. Comprar créditos iguais às emissões produzidas irá, em teoria, reduzir ou sequestrar a mesma quantidade de gás de efeito estufa. O dinheiro pode ser usado para esforços de reflorestamento ou para pagar indivíduos para manter terras não desenvolvidas.

Um desafio para o proprietário de terras é identificar quanto carbono uma área geográfica pode sequestrar, que é o que impulsiona seu valor de crédito. Para empresas que compram esses créditos, monitorar a terra é uma maneira de garantir que a compensação de carbono seja mantida.

‘Ver além dos cantos’

“O que o sensoriamento remoto fornece são informações para os tempos e lugares que você não pode acessar por si mesmo. Isso inclui o outro lado do planeta”, disse Sexton.

Essas medições tiradas do espaço ainda estão passando por pesquisas e desenvolvimentos significativos. A NASA Earth Science está financiando várias iniciativas para usar sensoriamento remoto para expandir nossa compreensão do impacto da mudança da cobertura do solo, incluindo o esforço da terraPulse para usar FitBits para rastrear a saúde de veados selvagens para avaliar e entender o impacto da mudança de habitat. Este trabalho é de particular interesse para Sexton, que se formou como ecologista. Ele disse que esse tipo de informação é essencial para manter florestas saudáveis ​​para a vida selvagem.

“A observação da Terra nos diz como nosso planeta se parece agora. Nós fornecemos essa informação às pessoas em tempo quase real em muitos casos, para que elas possam responder ao mundo e como ele mudou ao redor delas”, disse Calvin.

Sexton chama a capacidade de acessar essas informações sobre lugares que os indivíduos não conseguem chegar de “ver além dos cantos”. Ele aprecia a contribuição que a NASA fez para “democratizar” o acesso.

“Qualquer pessoa com acesso a um computador e à internet é capaz de ver qualquer lugar do mundo com uma resolução maior do que nunca”, disse ele.

Fotografados por instrumentos de satélite, os danos causados ​​por erupções vulcânicas e outros desastres naturais podem ser fáceis de ver. Mas a terraPulse usa expertise em sistemas de informação geográfica e algoritmos proprietários para mapear mudanças, incluindo restauração de ecossistemas, que ocorrem ao longo de muitos anos. Crédito: US Geological Survey

Seja que um município queira avaliar terras para conservação, ou um desenvolvedor queira encontrar parcelas com as melhores vistas, a terraPulse pode mapear para isso. Esta imagem da subdivisão do Lago Artemesia em Maryland criada pela empresa delineia parcelas, estruturas existentes e cobertura de árvores. Crédito: terraPulse Inc.

Em 2022, incêndios florestais no Novo México queimaram mais de 1.000 acres. Este mapa da parte norte do estado criado pela terraPulse mostra a perda de árvores (vermelho) que ocorreu entre 2010 e 2015 contra a copa das árvores restantes (verde). Dados históricos extraídos de satélites tornam possível rastrear mudanças como essas. Crédito: terraPulse Inc.

Esta imagem em cores naturais das montanhas da Pensilvânia central tirada pelo Landsat 8 mostra as cores das folhas em mudança e a topografia única da região. Graças a mais de 50 anos de observação planetária da órbita baixa da Terra, é possível ver mudanças naturais e aquelas projetadas por humanos. Crédito: NASA

Fonte: spinoff.nasa.gov