Claire Swedberg
Agricultores em todo o oeste dos Estados Unidos estão operando em uma megasseca de vários anos que afetou a disponibilidade de água e o uso em plantações e criação de gado. As fazendas normalmente carecem de dados sobre quanta água está sendo bombeada para seus campos ou direcionada para cochos de animais, ou quando isso ocorre. Esse consumo de água não é apenas caro para os agricultores, mas tem um grande impacto nas regiões afetadas pela seca. Por esse motivo, duas empresas de tecnologia estão fornecendo um serviço baseado na Internet das Coisas (IoT) em parceria com mais de uma dezena de agricultores, para monitorar o bombeamento de água a fim de gerenciar o uso em regiões secas e reduzir custos.
As tecnologias SweetSense Resilience IoT já estão em uso na África e agora estão sendo implantadas nos Estados Unidos, mais recentemente aproveitando a conectividade por satélite habilitada para LoRa da Swarm. A rede Swarm tem como objetivo permitir o acesso a dados de baixo custo em qualquer lugar do mundo. Sua rede consiste em conectividade bidirecional para dispositivos IoT, por satélites. Com sede em Boulder, Colorado, a SweetSense implantou aproximadamente uma dúzia de sensores de gerenciamento de água baseados em LoRa, usando conectividade de Swarm, em fazendas no condado de Solano na Califórnia, com mais programado para entrar em operação em agosto de 2021.
Isso segue as implantações de versões anteriores de sensores com outras tecnologias de conectividade na África. A solução da SweetSense foi concebida pela primeira vez por volta de 2012 na Portland State University, de Oregon, pelo professor associado Evan Thomas, agora CEO da empresa. Thomas foi transferido para o University of Colorado (CU) Boulder Há 10 anos, a SweetSense foi criada para resolver um problema de monitoramento de infraestrutura na África Oriental, de acordo com Matthew Tolbirt, diretor de negócios da empresa.
Na época, organizações sem fins lucrativos estavam doando dinheiro para cavar poços em comunidades rurais remotas e pobres na África. No entanto, a empresa constatou que os contratos de manutenção muitas vezes não eram cumpridos. Isso significava que as bombas do poço poderiam quebrar e permanecer sem reparos, deixando a comunidade novamente sem água potável, muitas vezes por meses seguidos. O objetivo do SweetSense foi solucionar esse problema, fornecendo monitoramento de poço em tempo real e transmitindo os níveis de água sem fio para o servidor da empresa. O sistema foi implantado em 700 locais, atendendo a uma população de quatro milhões de pessoas em todo o Quênia e Etiópia. Muitos dos projetos são financiados pela USAID ou pelo Banco Mundial.
A solução da SweetSense tradicionalmente aproveita dados celulares ou baseados em satélite Iridium. No entanto, os sistemas celulares são limitados a locais onde há uma torre de celular vizinha, e a tecnologia de satélite tradicional pode ser proibitivamente cara. Aproximadamente quatro anos atrás, SweetSense começou a trabalhar com Swarm para habilitar uma solução de IoT de baixo custo aproveitando os satélites baseados em LoRa da Swarm e seus modems Tile onde os sistemas SweetSense estão em uso. SweetSense tem expandido os dados que coleta e gerencia para combinar leituras de sensores com, por exemplo, estatísticas meteorológicas e dados geoespaciais da NASA, permitindo-lhe prever secas em áreas nas quais os sensores estão em uso. A maioria dos sistemas existentes, no entanto, ainda utiliza a conectividade celular ou via satélite Iridium.
Recentemente, Tolbirt diz, a Fundação Gordon e Betty Moore abordou a equipe de pesquisa do Centro Mortenson em Engenharia Global da CU Boulder, que por sua vez, contou com a ajuda da SweetSense. “Francamente, algumas das comunidades nos estados do oeste dos EUA estão enfrentando alguns dos mesmos problemas”, afirma ele, então a fundação procurou abordá-los usando a tecnologia da SweetSense e o know-how do Mortenson Center. “Passamos por uma megasseca no oeste dos Estados Unidos desde cerca de 2000.” Os agricultores têm poucos dados sobre seu próprio consumo de água, mesmo com o aumento da pressão para gerenciar melhor o abastecimento cada vez menor.
Em todo o sudoeste dos EUA, acrescenta Tolbirt, a maior parte da água está sendo usada para agricultura e agricultura. Na Califórnia, os agricultores não são obrigados a medir o uso da água subterrânea em suas propriedades, mas isso vai mudar. A legislação estadual, conhecida como Lei de Gestão Sustentável da Água Subterrânea (SGMA), determinará a gestão do uso da água liderada pelos agricultores para apoiar o abastecimento nas bacias subterrâneas. Para atingir esse objetivo, diz ele, os agricultores precisarão usar alguma forma de medição nas bombas de água.
Com financiamento da Fundação Moore e do Centro Mortenson, a SweetSense está implantando o sistema sem fio habilitado para Swarm de sensores de uso de água para cerca de uma dúzia de agricultores voluntários, para que possa entender melhor o impacto do bombeamento de água subterrânea no abastecimento geral de água e desenvolver melhores modelos para prever futuras secas. SweetSense compartilha os dados com os agricultores e também fornece uma versão anônima das informações para o Mortenson Center in Global Engineering da UC Boulder.
Uma dúzia de sensores foram implantados no condado de Solano, enquanto outros 50 devem ser colocados em operação no estado em agosto, assim como no Colorado e no Novo México. “Esses são agricultores que entendem o fato de que as coisas estão mudando em relação ao clima”, afirma Tolbirt. “Fomos trazidos para analisar a previsão de secas.” Ele diz que os fazendeiros queriam entender melhor seu uso, não apenas para cumprir mandatos futuros e reconhecer como eles poderiam precisar mudar o consumo para garantir que sua água não acabasse, mas também para economizar dinheiro.
O SweetSense monitora a energia consumida pelas bombas de água para gerenciar o fluxo de água e pode, assim, fornecer sistemas de uso variável pelos quais o fluxo pode ser desligado durante o uso de pico e tempos de alto custo, em seguida, retomar a operação durante os tempos de baixo custo, como como à noite. A empresa incorporou a tecnologia de satélite da Swarm em seus próprios dispositivos sensores, que transmitem dados para os modems Swarm Tile. Os modems, por sua vez, encaminham os dados por meio de antenas de oito polegadas para os satélites Low Earth Orbit (LEO), usando o protocolo proprietário da Swarm e software baseado em nuvem, de acordo com Sara Spangelo, cofundadora e CEO da Swarm. O software SweetSense pode fornecer análises sobre as leituras do sensor e vincular essas informações a outros dados, como o clima.
“Os agricultores são algumas das pessoas mais empreendedoras que você vai conhecer”, diz Tolbirt. “Eles tentam ser administradores da terra. Encontramos uma gama de fazendeiros, mas os mais bem-sucedidos são os que estão à frente da curva – eles veem o que está por vir.” Ele explica que os agricultores simplesmente não tinham acesso a esses dados antes e, portanto, estão curiosos para aprender esses detalhes. Os pesquisadores da UC Boulder podem aproveitar os dados para mapear as questões relacionadas ao clima no oeste dos Estados Unidos, bem como nos países em desenvolvimento, com foco na África.
Para SweetSense, relata Tolbirt, o objetivo é muito maior do que uma nova tecnologia. “Não fomos projetados apenas para vender outro widget – nos preocupamos com a ciência”, afirma. “Estamos olhando para o quadro geral, todo o sistema de água e meio ambiente, para ajudar os agricultores a serem mais resilientes.” Muitos agricultores já mudaram algumas de suas práticas de irrigação para reduzir o consumo, por exemplo, implantando a irrigação por gotejamento. A solução de energia variável da SweetSense poderia permitir que eles garantissem melhor as bombas elétricas de 200 cavalos de potência que operam esses sistemas em horários ideais.
Para isso, a SweetSense fornece uma pinça CT em seu dispositivo sensor de sétima geração, que pode ser encaixada ao redor das linhas de força que alimentam as bombas e então ser ativada remotamente pela SweetSense, com base na demanda de energia e nos picos de custo. “Estamos proporcionando a capacidade de economizar dinheiro”, explica Tolbirt, “ligando e desligando as bombas quando há alta demanda de energia” e, portanto, mais caro.
Na África, relata Tolbirt, a tecnologia está sendo usada para entender a integridade da infraestrutura, enquanto o sistema da Califórnia trata do gerenciamento do consumo. “A Califórnia é uma história de conservação”, observa ele, “de ‘Como podemos conservar água, conservar energia e mudar os padrões de consumo para beneficiar as empresas agrícolas?'” O sistema pode operar com uma variedade de sensores que rastreiam condições como a umidade do solo, precipitação e temperatura. Um painel solar alimenta os sensores, enquanto o grampo CT é alimentado pela bomba d’água.
A tecnologia SweetSense baseada em Swarm tem sido usada em seis bombas no condado de Solano até o momento, diz Tolbirt, e o sistema está funcionando bem e produzindo dados confiáveis. As fazendas cobertas incluem campos de tomate e amêndoas. Esses agricultores ficaram cientes do trabalho da SweetSense por meio de uma parceria com a The Freshwater Trust, uma organização sem fins lucrativos que protege e restaura os ecossistemas de água doce. A confiança também trabalha em colaboração com a agricultura para equilibrar as necessidades de uma fazenda produtiva e os recursos hídricos compartilhados. Inicialmente, a SweetSense está fornecendo aos agricultores uma planilha do Microsoft Excel listando os dados de energia e bombeamento, e o restante das informações é entregue aos pesquisadores CU Boulder para uso na previsão e gestão de secas.
Os agricultores dos EUA usarão o sistema por pelo menos dois anos, diz Tolbirt. Em última análise, ao empregar a tecnologia LoRa da Swarm, a SweetSense conseguiu reduzir o custo da transmissão de dados sem fio, relata ele, uma vez que o uso do satélite Iridium tende a ser cinco ou seis vezes mais caro do que o Swarm, estima a empresa. Atualmente, o Swarm tem 120 satélites orbitando a Terra, com mais 30 previstos para estar no espaço no início do próximo ano.
“Estamos muito entusiasmados com SweetSense”, diz Spangelo. “É por isso que começamos o Swarm, para apoiar programas como este.” Os sensores e gateways habilitados para Swarm estão programados para serem enviados para a Somália, Nigéria e Moçambique em agosto, dependendo das aprovações regulatórias. Os financiadores dos esforços incluem Catholic Relief Services, Save the Children e Green Climate Fund.