Novo sensor que pode ajudar a medir poluição de rios urbanos é desenvolvido no ICMC

Equipamento tem menor custo em relação aos já existentes no mercado

Analisar a qualidade das águas de rios urbanos medindo seus níveis de poluição é a ideia da pesquisa desenvolvida no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos. No trabalho, foi criado o protótipo de um sensor capaz de medir o quão turva está a água e enviar as informações para as autoridades interessadas. Em conjunto com outros dados, o nível de turbidez pode ser um indicativo de poluição das águas, ajudando, por exemplo, a identificar quais rios possuem maiores chances de sofrerem com enchentes. 

O equipamento começou a ser desenvolvido no início de 2012 e foi construído com tubos de PVC reforçados, um emissor infravermelho, um receptor, cabos coaxiais para comunicação dos sensores e uma placa Arduino. Essa placa processa os dados obtidos e os envia para estação base de controle através de um dispositivo eletrônico chamado ZigBee, que usa redes sem fio de comunicação. “Buscamos produzir um protótipo eficiente e de baixo custo, frente a diversos sensores já existentes no mercado internacional, chegando a ficar 100 vezes mais em conta em relação aos importados”, revela o coordenador do projeto, Jó Ueyama. 

O protótipo possui duas extremidades – de um lado está localizado o emissor infravermelho e do outro o receptor. O fluxo de água do rio passa pelo interior do cano, entre os dois sensores. Quanto mais turva a água, menor será a incidência de luz infravermelha no receptor. A partir dessa fração de luz recebida, o sensor é capaz de estipular o nível de turbidez do rio, ou seja, avaliar sua transparência.

Ueyama: "Buscamos um protótipo
eficiente e de baixo custo"

Histórico – O trabalho é resultado do projeto de iniciação científica de Alexandre Colombo, graduado em engenharia elétrica pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), e de Pedro Henrique Fini, aluno do curso de engenharia de computação, oferecido conjuntamente pelo ICMC e pela EESC.

O projeto, orientado pelo professor Ueyama, é uma extensão do sistema e-NOE, que começou a ser desenvolvido pelo docente em 2010 com o objetivo de monitorar enchentes em rios urbanos. O novo sensor de turbidez será incorporado ao sistema que já possui um outro dispositivo capaz de medir a pressão da água do rio. “A grande vantagem do novo sensor é a facilidade com que ele pode ser desenvolvido, pois os componentes utilizados são mais baratos e podem facilmente adquiridos. Consequentemente, pode-se proporcionar uma tecnologia nacional para monitorar os nossos rios”, explica Ueyama.

O novo equipamento já passou pela fase de testes e se mostrou eficiente. Entretanto, o professor explica que ainda é preciso aprimorar a calibragem do sensor para aumentar a precisão do turbidímetro, aparelho que mede a turbidez de um líquido. O docente já solicitou verbas para a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) para a continuidade da pesquisa.

Reconhecimento – O trabalho Usando redes de sensores sem fio para monitorar a poluição de rios urbanos foi o vencedor do Prêmio Jequitibá de Relevância em Pesquisa Ambiental, que estimula a pesquisa desenvolvida por alunos de graduação e de cursos técnicos em busca de soluções inovadoras para a conservação e preservação ambiental. A premiação aconteceu durante o Festival Cultivar de 2015.

Texto editado em 20/1/2016 - A turbidez é uma propriedade física de um líquido que se traduz na redução da sua transparência devido à presença de matérias sólidas em suspensão que interferem com a passagem da luz. Essas matérias podem ser de origem orgânica ou inorgânica, causadas por elementos naturais (por exemplo, o próprio solo) ou artificiais (resíduos provenientes de atividade industrial e do lançamento de esgoto sem tratamento, por exemplo). Alguns rios podem possuir naturalmente águas turvas, porém não necessariamente poluídas. No caso da tecnologia desenvolvida no ICMC, o nível de turbidez medido pelo protótipo pode ser utilizado, juntamente com outros sensores, para prover um indicativo de poluição. Para constatar que a água está poluída, seriam necessários outros tipos de análise.

Texto: Henrique Fontes - Assessoria de Comunicação ICMC/USP

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Microcóptero com rede sem fio funciona como agente de trânsito autônomo

Sistema criado por pesquisadores do ICMC utiliza veículos aéreos que monitoram o tráfego de maneira autônoma, possibilitando a integração com a rede veicular para alertar sobre situações de risco

Silenciosos, microcópteros podem ser empregados em investigações

Uma rede que estabelece comunicação entre carros e sistemas de monitoramento das vias não é uma realidade muito distante do nosso dia-a-dia. A próxima geração de veículos já prevê opcionais como sistemas de comunicação sem fio (Wi-Fi 802.11p) e tecnologia 3G ou 4G, utilizadas em redes de telefonia móvel. Mas uma pesquisa realizada no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, promete trazer uma tecnologia ainda mais sofisticada para a troca de dados entre automóveis. A ideia é empregar microcópteros como agentes de trânsito, alertando sobre possíveis situações de risco.

O responsável pela pesquisa, Jó Ueyama,  professor do ICMC, explicou que os microcópteros são pequenos helicópteros movidos à bateria e equipados com sensores, câmeras de alta resolução, GPS e tecnologias de redes sem fio. Isso possibilita ao equipamento fazer voos autônomos, apenas com uma pré-programação determinando seu percurso. Para receber e enviar dados ao microcóptero, os carros deverão ser equipados com tecnologias de redes sem fio (Wi-Fi 802.11p, 3G, 4G).

Essa tecnologia de comunicação entre veículos é conhecida como Veicular Ad Hoc Networks (VANETs). “Assim como há uma rede de telefone celular, podemos ter uma rede de veículos, onde eles são equipados com computador e rede sem fio. O microcóptero, neste caso, serviria como uma 'mula de dados', ou como uma ponte de comunicação entre os veículos”, contou Ueyama.

As aplicações VANETs possibilitam aumentar a segurança em rodovias, efetuar troca de informações para entretenimento ou comunicar sobre as condições de tráfego. Se, por exemplo, um acidente acontece em um determinado ponto e um carro está seguindo em direção a esse trecho crítico, o equipamento pode informar outros veículos que se aproximam do local para que evitem o trajeto.

Microcópteros podem contribuir para minimizar riscos de enchentes

Aplicação em enchentes – Ueyama explicou ainda que os microcópteros podem ser considerados "computadores voadores", recebendo, processando e enviando dados. O projeto é uma continuidade do sistema e-NOE, que detecta enchentes e níveis de poluição em rios e córregos urbanos através de uma rede de sensores sem fio, permitindo que a população seja avisada sobre eventuais riscos.

Os sensores do sistema e-NOE já estão instalados em três pontos: dois no córrego Monjolinho, um na avenida Trabalhador São-carlense, próximo ao campus da USP, e outro próximo ao kartódromo; o terceiro está perto da rotatória do Shopping Iguatemi. Vale salientar também que tais sensores previram a enchente que ocorreu em São Carlos na terça-feira, 22 de outubro, com quinze minutos de antecedência.

O software é capaz de prever quando uma forte chuva poderá ocasionar o transbordamento dos córregos onde os sensores estão instalados. Colocados no fundo do córrego, os sensores calculam a pressão da água do rio e enviam as informações para uma base de dados, criando um gráfico que mostra a probabilidade de ocorrer uma enchente. “O gráfico que aponta o índice de perigo ultrapassou o limite durante a chuva do dia 22, provando que o sistema já opera com precisão”, disse Ueyama.

Para aprimorar essa previsão, o sistema e-NOE calcula a largura do córrego e a velocidade de vazão da água. Quanto maior a correnteza, maior o índice de perigo do córrego em questão.

Agregados a esse sistema, os microcópteros também podem ajudar em caso de ocorrência de enchentes, comunicando-se com os sensores já presentes no solo (instalados ao longo dos rios urbanos). “Os microcópteros podem ajudar na disseminação dos dados das enchentes, auxiliando, por exemplo, no desvio do trânsito, para que os veículos evitem áreas alagadas”, explicou Ueyama.

Ueyama e estudante de iniciação científica testam equipamento na USP em São Carlos

Outras aplicações - Em situações de desastre, como deslizamentos ou fortes tempestades, o microcóptero pode captar os dados e enviá-los para centros de informações, com a finalidade de minimizar os efeitos da situação em um curto espaço de tempo.

O pesquisador também sugere que o microcóptero seja utilizado na segurança, para investigações sobre tráfico de drogas, por exemplo. “Nesses casos, o uso é adequado, pois o microcóptero é silencioso – possui motor elétrico movido a bateria. Isso faz com que, depois de voar em uma altura de aproximadamente 150 metros, possa ser confundido com um pássaro qualquer, o que facilitaria filmar e enviar tais imagens em tempo real, sem que seja abatido pelos traficantes”, explicou o professor.

Além disso, o equipamento pode ser usado para aplicação de defensivos químicos em lavouras, com o objetivo de diminuir a quantidade do produto em locais como margens do terreno e evitar contaminação da fauna e da flora.

Parcerias - Multidisciplinar, o projeto conta com a parceria de pesquisadores do Instituto de Computação da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), além de estudantes de iniciação científica e pesquisadores do Departamento de Hidráulica e Saneamento da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC).

A pesquisa é financiada pela Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP) e pelo Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia em Sistemas Embarcados Críticos (INCT-SEC), rede de colaboração que integra universidade e indústria, apoiando o desenvolvimento de soluções e aplicações para áreas como meio ambiente, segurança, defesa nacional e agricultura.

Texto e fotos: Fernanda Vilela - Assessoria de Comunicação ICMC/USP

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