En bordure du campus de Virginia Tech, sur une étendue de terres agricoles que peu d'étudiants visitent, de petites boîtes tourbillonnent à travers le passage de la saison à l'hiver, collecter et transmettre des données qui permettront aux scientifiques de surveiller et de collecter plus facilement des données à travers les paysages.

Ce test sur le terrain d'un système de détection environnementale est une étape dans un projet entre le Collège des ressources naturelles et de l'environnement; Technologies sans fil innovantes, une société leader de réseaux maillés sans fil dont le siège est à Lynchburg, Virginie; et le Pacific Northwest National Laboratory du département de l'Énergie des États-Unis. Le projet a été financé par une subvention de recherche sur l'innovation des petites entreprises du ministère de l'Énergie destinée à affiner, développer, et faire progresser les nouvelles technologies.

« L'appel à cette subvention était axé sur la surveillance environnementale souterraine et le développement de nouveaux réseaux de capteurs et plates-formes de communication, " a expliqué Daniel McLaughlin, professeur adjoint au Département des ressources forestières et de la conservation de l'environnement et chercheur principal de Virginia Tech sur le projet. "L'objectif principal est de faire progresser les moyens par lesquels nous pouvons surveiller le devenir et le transport de certains constituants et contaminants de l'environnement."

Le système intégré de détection de la qualité de l'environnement, appelé Envōk, est un réseau déployé par l'utilisateur composé de nœuds de microtraitement sans fil capables de se connecter à une large gamme de capteurs environnementaux. Une grille de ces nœuds communique via une passerelle sans fil avec un serveur qui permet aux opérateurs de contrôler les capteurs à distance.

Les tests de ce système se déroulent le long du ruisseau Stroubles sur un terrain dédié au laboratoire StREAM du Département d'ingénierie des systèmes biologiques. En plus de McLaughlin, Professeur agrégé Kevin McGuire et professeur agrégé Brian Strahm, à la fois du Département des ressources forestières et de la conservation de l'environnement, et le professeur adjoint Ryan Stewart de l'École des sciences végétales et environnementales du Collège d'agriculture et des sciences de la vie participent au projet.

Matthieu Fisher, le chercheur principal pour Innovative Wireless Technologies, décrit le site comme un endroit idéal pour tester les capacités du système. "Nous avons une première version de notre produit fini, et nous voulions évaluer ce produit dans une simulation sur le terrain, " at-il dit. " Virginia Tech fournit cette évaluation. Ils prennent le système et, avec notre soutien, ils vont l'évaluer et voir s'il répond aux critères que nous avons fixés pour le projet."

Pour les chercheurs de Virginia Tech, les tests et l'évaluation du système Envōk ont ​​couvert toute la gamme des petites préférences logicielles à des considérations générales sur les capacités de détection et les structures de surveillance.

« Nous évaluons et adaptons le système pour répondre aux besoins des utilisateurs, allant des options de conception et d'installation de logiciels aux types de sorties et de capteurs les plus utiles dans les applications de terrain, " a déclaré McLaughlin. "Nous avons examiné quels types de déclencheurs et de capacités de communication devraient exister et quel type de mémoire et de configuration de batterie le système devrait avoir. "

Un élément crucial du système, au-delà de la facilité d'installation et de la précision et de la fiabilité du suivi des données, permet aux utilisateurs d'intégrer une large gamme de capteurs dans un seul système. "Il y a beaucoup de capteurs disponibles maintenant, et ce qui est à la traîne, c'est un réseau de capteurs facilement déployable qui permettrait à une équipe d'utiliser des capteurs de n'importe quel fournisseur et pour un large éventail de paramètres, " a expliqué McLaughlin.

Un autre objectif du projet est de concevoir un système qui permet aux utilisateurs de « parler » au réseau de surveillance à l'aide d'appareils mobiles ou d'ordinateurs personnels et de modifier les données collectées par les capteurs en fonction des conditions.

"Nous nous concentrons sur la communication utilisateur-réseau mais aussi sur la communication entre les nœuds, où les mesures à un emplacement de nœud peuvent déclencher des protocoles de mesure spécifiés à des nœuds distants, " a déclaré McLaughlin. " Disons qu'un emplacement de mesure est dans un cours d'eau, et une condition prédéfinie comme une montée du niveau d'eau est déclenchée. Nous aimerions que ce nœud ait la capacité de dire aux nœuds plus loin dans le réseau de, par exemple, commencer à enregistrer des données à un rythme plus rapide."

Sur le site du ruisseau Stroubles, des capteurs mesureront les niveaux d'eau, dynamique des sols, flux de carbone, et les conditions du cours d'eau au cours des trois prochains mois. Les chercheurs de Virginia Tech testeront le matériel et la durabilité du système, les capacités de communication entre les nœuds et vers le serveur, et des ajustements en temps réel des mesures des capteurs qui permettraient une modélisation adaptative et une analyse des données.

La prochaine phase du projet, lancement prévu au printemps 2019, sera un essai sur le terrain plus vaste le long du fleuve Columbia dans l'État de Washington, où le Pacific Northwest National Laboratory prendra l'initiative de vérifier le produit Envōk à mesure qu'il se dirige vers la commercialisation.

« Nous allons déployer un système entièrement fonctionnel sur le site de Hanford, une ancienne installation de production nucléaire le long du fleuve, avec cinq fois plus de nœuds et des technologies de capteurs supplémentaires, " a déclaré Fisher. " Ce sera la période d'évaluation de la production, le test final du système avant de commencer la production."

Le projet a le potentiel de rendre la collecte et le traitement des données de terrain plus dynamiques et plus faciles pour les scientifiques.

"Ce projet ne concerne pas seulement ce que nous pouvons mesurer, mais plutôt le développement de nouvelles façons de faire et de communiquer ces mesures, " a déclaré McLaughlin. " Notre objectif est un réseau de capteurs facilement déployable qui est flexible et avec des capacités de communication pour des mesures en temps réel à travers les paramètres et sur de vastes zones d'étude. "