Ai margini del campus della Virginia Tech, su un tratto di terreno agricolo che pochi studenti visitano mai, piccole scatole vorticano durante il cambio di stagione in inverno, raccogliere e trasmettere dati che renderanno più facile per gli scienziati monitorare e raccogliere dati attraverso i paesaggi.

Questo test sul campo di un sistema di rilevamento ambientale è un passo in un progetto tra il College of Natural Resources and Environment; Tecnologie wireless innovative, una delle principali società di reti wireless mesh con sede a Lynchburg, Virginia; e il Pacific Northwest National Laboratory del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. Il progetto è stato finanziato da una borsa di studio del Dipartimento di Energy Small Business Innovation Research destinata a perfezionare, sviluppare, e avanzare nuove tecnologie.

"La richiesta di questa sovvenzione era incentrata sul monitoraggio ambientale sotterraneo e sullo sviluppo di nuove reti di sensori e piattaforme di comunicazione, " ha spiegato Daniel McLaughlin, assistente professore presso il Dipartimento di risorse forestali e conservazione ambientale e investigatore capo del progetto della Virginia Tech. "L'obiettivo principale è quello di far progredire i modi in cui possiamo monitorare il destino e il trasporto di determinati componenti ambientali e contaminanti".

Il sistema integrato di rilevamento della qualità ambientale, chiamato Envok, è una rete distribuita dall'utente composta da nodi di microelaborazione wireless in grado di connettersi a un'ampia gamma di sensori ambientali. Una griglia di questi nodi comunica tramite un gateway wireless a un server che consente agli operatori di controllare i sensori da remoto.

Il test di questo sistema sta prendendo parte lungo Stroubles Creek su un terreno dedicato allo StREAM Lab del Dipartimento di Ingegneria dei Sistemi Biologici. Oltre a McLaughlin, Professore Associato Kevin McGuire e Professore Associato Brian Strahm, sia del Dipartimento delle risorse forestali e della conservazione ambientale, e l'assistente professore Ryan Stewart del College of Agriculture and Life Sciences' School of Plant and Environmental Sciences stanno partecipando al progetto.

Matteo Pescatore, il ricercatore principale per le tecnologie wireless innovative, ha descritto il sito come un luogo ideale per testare le capacità del sistema. "Abbiamo una prima versione del nostro prodotto finito, e volevamo valutare quel prodotto in una simulazione sul campo, " ha detto. "Virginia Tech sta fornendo tale valutazione. Stanno prendendo il sistema e, con il nostro supporto, lo valuteranno e vedranno se soddisfa i criteri che abbiamo fissato per il progetto".

Per i ricercatori della Virginia Tech, il test e la valutazione del sistema Envōk ha spaziato da piccole preferenze software ad ampie considerazioni sulle capacità di rilevamento e sulle strutture di monitoraggio.

"Stiamo valutando e adattando il sistema per soddisfare le esigenze degli utenti, che vanno dalla progettazione del software e dalle opzioni di installazione al tipo di uscite e sensori più utili nelle applicazioni sul campo, " Ha detto McLaughlin. "Abbiamo esaminato che tipo di trigger e capacità di comunicazione dovrebbero esistere e che tipo di memoria e configurazione della batteria dovrebbe avere il sistema".

Una componente fondamentale del sistema, oltre alla facilità di installazione e all'accuratezza e affidabilità del monitoraggio dei dati, consente agli utenti di incorporare un'ampia gamma di sensori in un unico sistema. "Ci sono molti sensori ora disponibili, e ciò che resta indietro è una rete di sensori facilmente implementabile che consentirebbe a un team di utilizzare sensori di qualsiasi fornitore e per un'ampia gamma di parametri, " ha spiegato McLaughlin.

Un ulteriore obiettivo del progetto è quello di progettare un sistema che permetta agli utenti di "parlare" alla rete di monitoraggio utilizzando dispositivi mobili o personal computer e di alterare i dati raccolti dai sensori al variare delle condizioni.

"Ci stiamo concentrando sulla comunicazione user-to-network ma anche sulla comunicazione tra nodi, dove le misurazioni in una posizione del nodo possono attivare protocolli di misurazione specificati su nodi distanti, " ha detto McLaughlin. "Diciamo che una posizione di misurazione è in un flusso, e viene attivata una condizione predefinita come un aumento del livello dell'acqua. Vorremmo che quel nodo avesse la capacità di dire ai nodi più avanti nella rete di, Per esempio, iniziare a registrare i dati a una velocità maggiore."

Sul sito di Stroubles Creek, i sensori misureranno i livelli dell'acqua, dinamica del suolo, flussi di carbonio, e le condizioni del flusso nei prossimi tre mesi. I ricercatori della Virginia Tech testeranno l'hardware e la durata del sistema, le capacità di comunicazione tra i nodi e verso il server, e le regolazioni in tempo reale delle misurazioni dei sensori che consentirebbero la modellazione adattiva e l'analisi dei dati.

La fase successiva del progetto, il lancio è previsto per la primavera del 2019, sarà un test sul campo più ampio lungo il fiume Columbia nello stato di Washington, dove il Pacific Northwest National Laboratory assumerà la guida della verifica del prodotto Envōk mentre si avvia alla commercializzazione.

"Dispiegheremo un sistema perfettamente funzionante sul sito di Hanford, un ex impianto di produzione nucleare lungo il fiume, con cinque volte il numero di nodi e tecnologie di sensori aggiuntive, " Fisher ha detto. "Questo sarà il periodo di valutazione della produzione, il test finale del sistema prima di iniziare la produzione."

Il progetto ha il potenziale per rendere la raccolta e l'elaborazione dei dati sul campo più dinamica e più facile per gli scienziati.

"Questo progetto non riguarda solo ciò che possiamo misurare, ma piuttosto lo sviluppo di nuovi modi per effettuare e comunicare tali misurazioni, " ha detto McLaughlin. "Il nostro obiettivo è una rete di sensori facilmente implementabile che sia flessibile e con capacità di comunicazione per misurazioni in tempo reale attraverso parametri e su vaste aree di studio".