Esa noche, un bosque voló

Los incendios forestales están consumiendo nuestros bosques y pastizales más rápido de lo que podemos reemplazarlos. Es un círculo vicioso de destrucción y restauración inadecuada arraigada, por así decirlo, en décadas de abandono de las instituciones y tecnologías necesarias para mantener estos entornos saludables.

DroneSeed es una startup con sede en Seattle que apunta a combatir este problema creciente con un moderno conjunto de herramientas que se adapta a escalas: drones, inteligencia artificial e ingeniería biológica. Y es aún más complicado de lo que parece.

Árboles en declive

Un poco de historia primero. El problema de la desaparición de los bosques es complejo, pero se reduce a algunos factores importantes: el cambio climático, los métodos obsoletos y la reducción de los presupuestos (y, como se puede imaginar, los tres están relacionados).

Los incendios forestales son un hecho natural, por supuesto. Y son necesarios, como es probable que haya leído, para despejar el camino para que el nuevo crecimiento se afiance. Pero el cambio climático, el monocultivo, el aumento de la población, la falta de control de las quemaduras y otros factores han llevado a que estos eventos se produzcan no solo con más frecuencia, sino también de forma más extensa y con un efecto más permanente.

En promedio, los EE.UU. están perdiendo 7 millones de acres por año. Para empezar, no es fácil de reemplazar y, a medida que los presupuestos de empresas similares y nacionales se han reducido continuamente durante el último medio siglo, cada vez hay menos recursos para combatir esta tendencia.

La técnica de reforestación más efectiva y común para un bosque recientemente quemado son los plantadores humanos que transportan sacos de plántulas y los seleccionan y colocan manualmente en millas de paisajes. Rara vez se realiza este trabajo agotador por más de un año o dos, por lo que la mano de obra es escasa y la rotación es intensa.

Incluso si la mano de obra estaba disponible en el grifo, los árboles podrían no serlo. Las plántulas toman tiempo para crecer en viveros y un gran incendio forestal podría requerir la compra y plantación de millones de árboles nuevos. Es imposible para los viveros anticipar esta demanda, y el riesgo asociado con el crecimiento de tales números en la especulación es más de lo que muchos pueden permitirse. Una suposición fallida podría poner toda la operación bajo el agua.

Mientras tanto, si no se planta nada, las malezas invasoras se mueven con fuerza, reclamando enormes áreas que alguna vez fueron bosques antiguos. Al carecer de la mano de obra y del inventario de árboles para detener esta posibilidad, los cuidadores de bosques recurren a una medida provisional: use helicópteros para empapar el área con herbicidas para matar las malezas, luego satúrelos con cheatgrass de rápido crecimiento o similares. (La alternativa a la fumigación es, de nuevo, el enfoque manual: los machetes).

Al menos entonces, en un año, en lugar de un terreno desértico, tiene un monocultivo de hierba, no un bosque, pero funcionará hasta que llegue el bosque.

Una complicación final: la fumigación con helicópteros es una profesión tremendamente peligrosa. Estos pilotos están volando a elevaciones de menos de 100 pies, realizando maniobras de alta velocidad para que sus rociadores alcancen el borde de las zonas de quemaduras pero no se estrellen de frente contra los árboles. Esta es una ocupación extremadamente peligrosa: de 80 a 100 accidentes ocurren cada año solo en los EE. UU.

En resumen, hay más y peores incendios, y tenemos menos recursos, y otros con fecha, para restaurar los bosques después de ellos.

Estos son hechos con los que cualquiera de los expertos en ecología forestal y tala está familiarizado, pero tal vez no sea tan conocido entre los tecnólogos. Tendemos a permanecer en áreas con cobertura celular. Pero resulta que un impulso de los trabajadores del conocimiento enclaustrado del mundo de la tecnología, específicamente aquellos en la Ciudad Esmeralda, puede ser exactamente lo que la industria y el ecosistema requieren.

Idea simple, solución compleja.

Entonces, ¿cuál es la solución a todo esto? Automatización, ¿verdad?

La automatización, especialmente a través de la robótica, es proverbialmente adecuada para los trabajos que son “aburridos, sucios y peligrosos”. Restaurar un bosque es sucio y peligroso, sin duda. Pero aburrido no está del todo bien. Resulta que, según parece, el proceso requiere mucha más inteligencia de la que nadie deseaba aplicar al problema, con la excepción de los plantadores. Eso está cambiando.

A principios de este año, DroneSeed fue galardonado con la primera licencia de vehículo aéreo no tripulado de más de 55 libras que se emitió por la FAA. Sus plataformas de UAV personalizadas, equipadas con conjuntos de cámaras multiespectrales, lidar de alta gama, tanques de herbicida de seis galones y mecanismos patentados de dispersión de semillas han sido contratadas por varias compañías importantes de manejo forestal, con entidades gubernamentales que también prestan atención al servicio.

Estos drones exploran un área quemada, mapeando hasta una precisión de centímetro, incluyendo objetos y especies de plantas, fumigándola de manera eficiente y autónoma, identificando dónde crecerían mejor los árboles y luego desplegarán paquetes de nutrientes de semillas cuidadosamente diseñados en esos lugares. Es más barato que las personas, menos desperdiciado y peligroso que los helicópteros y lo suficientemente inteligente como para escalar a los bosques nacionales actualmente en riesgo de daño permanente.

Me reuní con el equipo de la compañía en su sede central cerca de Ballard, donde los drones completos y medio terminados estaban sobre sus cajas y el aire estaba cargado de capsaicina (llegaremos a eso).

La idea para la compañía comenzó cuando el fundador y CEO Grant Canary quemó algunas ideas de inicio sostenibles después de que adquirió su última compañía, y le dijeron, en su abatimiento, que podría tener que plantar árboles. Canario tomó literalmente la sugerencia de su amigo.

“Comencé a ver cómo se hace hoy”, me dijo. “Es increíblemente anticuado. Incluso en las compañías más sofisticadas del mundo, los plantadores son superhéroes que usan bolsas y una pala para plantar árboles. Se les paga para mover material sobre terreno montañoso y ser una IA simple y determinar dónde plantar árboles donde crecerán: micrositios. Ahora podemos hacer ambas funciones con drones. Esto permite que esos mismos trabajadores aborden áreas mucho más grandes más rápidamente sin el desgaste calórico ”.

(Video: Ryan Warner / DroneSeed)

Puede que no le sorprenda escuchar que los inversionistas no están especialmente interesados ​​en la restauración de bosques (dije en broma que era una “industria en crecimiento”, pero en realidad debido a las razones anteriores están en una situación desesperada).

Pero los inversores son Interesado en la automatización, el aprendizaje automático, los drones y especialmente los contratos gubernamentales. Así que el tono tomó esa forma. Con el dinero asegurado por DroneSeed, ha construido su equipo de tamaño modesto pero altamente logrado y ha producido los prototipos de drones con los que ha capturado varios contratos importantes antes de anunciar que existe.

“Definitivamente no encajamos en el molde o las métricas con las que se juzga a la mayoría de las nuevas empresas Lo bueno de no encajar en el molde es que la gente toma dos veces y luego siente curiosidad “, dijo Canary. “Una vez que ven que realmente podemos ejecutar y hemos estado con 3 de las 5 mayores empresas madereras en los Estados Unidos durante años, se emocionan y realmente comienzan a abogar por nosotros”.

La compañía pasó por Techstars y Social Capital les ayudó a ponerse de pie, y Spero Ventures se unió después de que la compañía hizo algunos preparativos.

Si todo va bien, como lo espera DroneSeed, estos drones podrían ser desplegados en todo el mundo por equipos entrenados, permitiendo que los esfuerzos de fumigación y plantación en viveros y bosques naturales se realicen de manera exponencial más rápida y eficiente de lo que son hoy. Es un asunto genuino de cambiar el mundo desde tu garaje, por lo que este artículo es tan largo.

Cazadores (maleza) asesinos

El trabajo en cuestión no es simple, ni siquiera sencillo. Cada paisaje difiere entre sí, no solo en la forma y el tamaño del área que se va a tratar, sino también en la ecología, las especies nativas, el tipo de suelo y la acidez, el tipo de incendio o la tala que lo despejó, etc. Así que la primera y más importante tarea es recopilar información.

Para esto, DroneSeed tiene una nave especial equipada con una pila de imágenes sofisticada. Esta primera pasada se realiza utilizando puntos de referencia establecidos en imágenes de satélite.

La información recopilada en este momento es mucho más detallada de lo que realmente se necesita. El lidar, por ejemplo, recopila información espacial en una resolución que va mucho más allá de lo que se necesita para comprender la forma del terreno y los principales obstáculos. Produce un mapa en 3D de la vegetación y del terreno, lo que permite que el sistema identifique tocones, raíces, arbustos, árboles nuevos, erosión y otras características importantes.

Esto funciona de la mano con la cámara multiespectral, que recopila imágenes no solo en las bandas visibles, útiles para identificar cosas, sino también en aquellas que están fuera del rango humano, lo que permite un análisis en profundidad del suelo y la vida vegetal.

El mapa resultante del área no solo es útil para la navegación con drones, sino también para los ataques quirúrgicos que son necesarios para que este tipo de operación basada en drones valga la pena en primer lugar. Sin duda, hay investigadores a los que les encantaría tener esta información también.

Ahora, pulverizar y plantar son tareas muy diferentes. El primero tiende a hacerse de manera indiscriminada utilizando helicópteros, y el segundo por los trabajadores que se queman después de un par de años, como se mencionó anteriormente, es un trabajo increíblemente difícil. El desafío en el primer caso es mejorar la eficiencia y la eficacia, mientras que en el segundo caso es automatizar algo que requiere una inteligencia considerable.

La pulverización es en muchos sentidos más sencilla. La identificación de plantas invasoras no es fácil, exactamente, pero se puede hacer con imágenes como las que los drones están recolectando. Habiendo identificado los parches de una planta que se eliminará, los drones pueden calcular una ruta y gastar solo la cantidad de herbicida necesaria para matarlos, en lugar de tirar indiscriminadamente cientos de galones en toda el área. Es más barato y más ecológico. Naturalmente, el enfoque opuesto podría usarse para distribuir fertilizantes o algún otro agente.

Lo estoy haciendo sonar fácil de nuevo. Esta no es una situación de plug and play, no puedes comprar un dron DJI y golpear la opción “weedkiller” en su software de control. Una gran parte de esta operación fue la creación no solo de los drones en sí, sino también de la infraestructura con la que desplegarlos.

Convoy de conservacion

Los drones son únicos, pero no alarmantemente. Son embarcaciones de servicio pesado, capaces de elevar más de las 57 libras de carga útil que llevan (la FAA las limita a 115 libras).

“Compramos y destripamos aviones, luego los adaptamos”, explicó Canary de manera simple. A su jefe de hardware, probablemente le gustaría pensar que hay algo más que eso, pero en realidad el problema que están resolviendo no es “hacer un drone” sino “hacer que los drones planten árboles”. Para eso, explicó Canary. “El desafío de ingeniería más singular fue construir un módulo de siembra para el drone que funciona con el software”. Llegaremos a eso más adelante.

DroneSeed despliega drones en enjambres, lo que significa hasta cinco drones en el aire a la vez, lo que a su vez significa que necesitan dos camiones y remolques con sus cajas, fuentes de alimentación, estaciones terrestres, etc. La vicepresidenta de operaciones de la compañía proviene de una formación militar donde la gestión de múltiples aeronaves en el lugar formaba parte del trabajo, y ella ha llevado a la compañía su riguroso dominio de los entornos de múltiples aeronaves.

Los drones despegan y vuelan de forma autónoma, pero siempre bajo la observación directa de la tripulación. Si algo sale mal, están allí para asumir el control, aunque, por supuesto, hay muchos comportamientos autónomos sobre qué hacer en caso de, por ejemplo, una señal de posicionamiento perdida o un golpe de pájaro.

Vuelan en patrones calculados de antemano para que sean los más eficientes, rociando en las áreas problemáticas cuando están sobre ellos y regresando a las estaciones terrestres para cambiar las fuentes de alimentación antes de regresar al patrón. Es clave para que este proceso sea menos importante, ya que la eficiencia es un importante punto de venta. Si un helicóptero lo hace en un día, ¿por qué no debería un enjambre de aviones no tripulados? Sería triste si tuvieran que llevar la nave a un hangar y recargarla cada una o dos horas. También aumenta los costos de logística como el gas y el alojamiento si requiere más tiempo y conducción.

Esto significa que el equipo involucra a varias personas, así como a varios drones. Se necesitan pilotos y observadores calificados, así como personas familiarizadas con el hardware y el software que pueden mantener y solucionar problemas en el sitio, por lo general sin señal celular u otro soporte. Al igual que muchas otras formas de automatización, esta trae sus nuevas oportunidades de trabajo a la mesa.

La IA juega a la madre naturaleza

El proceso de siembra real es engañosamente complejo.

La idea de cargar un dron con semillas y dejarlo libre en un paisaje devastado es bastante fácil de imaginar. Demonios, se ha hecho. Hay esfuerzos que se remontan a décadas para cargar esencialmente semillas o plántulas en pistolas y dispararlas al paisaje a velocidades lo suficientemente altas como para enterrarlas en la tierra: en teoría, esto combina los beneficios de la siembra manual con la escala de alfombras del lugar con semillas .

Pero ya sea que se trate de una colocación implacable o el impacto de ser despedido de una pistola de semillas, este enfoque nunca pareció funcionar.

Los investigadores forestales han demostrado la eficacia de encontrar el “micrositio” adecuado para una semilla o plántula; de hecho, es por eso que la siembra manual funciona tan bien como lo hace. Los humanos entrenados encuentran lugares perfectos para poner plántulas: a sotavento de un tronco; cerca pero no demasiado cerca del borde de un arroyo; en la parte más plana de una pendiente, y así sucesivamente. Si realmente quiere que crezca un bosque, necesita una ubicación óptima, condiciones perfectas y huelgas quirúrgicas preventivas con pesticidas.

Aunque es difícil, también es el tipo de cosas en que un modelo de aprendizaje automático puede ser bueno. La clasificación a través de imágenes complejas y desordenadas y la búsqueda de mínimos y máximos locales es una especialidad de los sistemas ML actuales, y las imágenes aéreas de los drones son ricas en información relevante.

El CTO de la compañía lideró la creación de un modelo de ML que determina las mejores ubicaciones para colocar árboles en un sitio, aunque esta tarea puede ser muy variable según las necesidades del bosque. Una empresa maderera podría querer un árbol cada dos pies, incluso si eso significa colocarlos en condiciones subóptimas, pero unas pocas pulgadas a la izquierda o la derecha pueden hacer la diferencia. Por otro lado, los bosques nacionales pueden querer despliegues más dispersos o especies específicas en ciertos lugares para frenar la erosión o establecer cortafuegos sostenibles.

Una vez que los datos se han comprimido, el mapa se carga en la mente de la colmena de los drones y el convoy va a la ubicación, donde la nave se carga con semillas en lugar de herbicidas.

Pero no solo alguna semillas viejas Ya ves, eso es una arruga más. Si solo arrojas una semilla de artemisa al suelo, incluso si está en el mejor lugar del mundo, un animal podría arrebatarla fácilmente, enrollarla o arrastrarla a una grieta cercana o simplemente no encontrar los nutrientes adecuados. Tiempo a pesar de los mejores esfuerzos del plantador.

Es por eso que el jefe de Plantación de DroneSeed y su equipo han estado trabajando en un paquete de semillas patentado que increíblemente Reticente al detalle.

De lo que pude reunir, han puesto una tonelada de trabajo en el empaquetado de las semillas en pequeños pucks rellenos de nutrientes unidos con una fibra biodegradable. El exterior está cubierto con capsaicina, el producto químico que hace que los alimentos picantes sean picantes (y también lo que hace que el aerosol para osos haga lo que hace). Si no me lo hubieran dicho, podría haberlo adivinado, ya que el área del taller estaba confusa, lo que nos llevó a toser y rasgar un poco. Si yo fuera una marmota, aprendería a evitar estas cosas muy rápido.

Los discos, o “recipientes de semillas”, pueden y deben personalizarse para la ubicación y el propósito; debe coincidir con el contenido y la acidez del suelo, cosas así. DroneSeed tendrá que hacer millones de estas cosas, pero no planea ser el fabricante.

Finalmente, estos discos se cargan en un dispensador de discos especial que, en estrecha coordinación con el avión no tripulado, escupe uno en el momento exacto y la velocidad necesaria para colocarlo a unos pocos centímetros del micrositio.

Todos estos factores deberían mejorar sustancialmente la tasa de supervivencia de las plántulas. Eso significa que los métodos de la empresa no solo serán más eficientes, sino también más efectivos. La reforestación es un juego de números jugado a escala, e incluso leves mejoras, y DroneSeed promete más que eso, se miden en millas cuadradas y millones de toneladas de biomasa.

Prueba de vida

DroneSeed ya ha firmado varios contratos importantes de fumigación, y la siguiente es la siembra. Desafortunadamente, el momento de su lado significó que se perdieron la temporada de siembra de este año, aunque al hacer algunos sitios pequeños y mostrar los resultados, estarán en la pole position para el próximo año.

Después de demostrar la efectividad de la técnica de siembra, la compañía espera expandir su negocio sustancialmente. Esa es la parte de la escala: una vez más, no es fácil, pero es más fácil que contratar a un par de miles de plantadores cada año.

Idealmente, el hardware se puede asignar a equipos locales que realizan el trabajo en el sitio, produciendo loci de actividad alrededor de los principales bosques desde los cuales se pueden implementar trabajos a gran o pequeña escala. Un conjunto de cinco o seis aviones no tripulados realiza el trabajo de un helicóptero, hablando en términos generales, por lo que, dependiendo del volumen solicitado por una empresa u organización forestal, es posible que necesite docenas a pedido.

Eso aún no se ha explorado, pero DroneSeed confía en que la industria verá la escritura en la pared cuando se trate de los métodos antiguos, y los identificará como una solución que se adapta al futuro.

Si parece que estoy animando a esta compañía, es porque lo soy. No es frecuente que en el mundo de las nuevas empresas tecnológicas encuentre a un grupo de personas que no solo intentan resolver un problema grave, es lo suficientemente común como para encontrar compañías que abordan este o aquel problema, sino que han pasado el tiempo, han reunido la experiencia y han terminado. lo sucio, las botas en el suelo trabajo Eso tiene que suceder, así que pasa de ser una gran idea a una empresa real.

Eso es lo que sentí que fue el caso con DroneSeed, y aquí espero que su trabajo valga la pena, por su bien, claro, pero principalmente por el nuestro.