Charlene Xia está desarrollando un sistema de bajo coste para monitorizar el microbioma de los cultivos de algas e identificar enfermedades antes de que se propaguen.
Poco después de iniciar sus estudios de doctorado, el profesor David Wallace, asesor de Xia, le planteó una interesante oportunidad. MathWorks, una empresa de software conocida por desarrollar la plataforma informática MATLAB, había anunciado un nuevo programa de financiación inicial en el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT. El programa fomentaba proyectos de investigación en colaboración centrados en la salud del planeta.
Vi esto como una oportunidad para combinar mi pasión por la comida, mi experiencia técnica en ingeniería oceánica y mi interés por ayudar de forma sostenible a nuestro planeta.
Charlene Xia.
Junto con Wallace y la profesora asociada Stefanie Mueller, Xia propuso un proyecto para predecir y prevenir la propagación de enfermedades en la acuicultura. El equipo se centró en las granjas de algas marinas en concreto.
Las algas, ya populares en las cocinas de Asia oriental, tienen un enorme potencial como fuente de alimento sostenible para la creciente población mundial. Además de su valor nutritivo, las algas combaten varias amenazas medioambientales. Ayudan a combatir el cambio climático al absorber el exceso de dióxido de carbono en la atmósfera, y también pueden absorber la escorrentía de los fertilizantes, manteniendo las costas más limpias.
Al igual que gran parte de la vida marina, las algas están amenazadas por lo mismo que ayudan a mitigar: el cambio climático. Los factores de estrés climático, como las temperaturas cálidas o la escasa luz solar, favorecen el crecimiento de bacterias nocivas, como la enfermedad del hielo. En cuestión de días, granjas enteras de algas quedan diezmadas por el crecimiento bacteriano descontrolado.
Para resolver este problema, Xia recurrió a la microbiota presente en estas granjas de algas como indicador predictivo de cualquier amenaza para las algas o el ganado.
Nuestro proyecto consiste en desarrollar un dispositivo de bajo coste que pueda detectar y prevenir enfermedades antes de que afecten a las algas o al ganado mediante la monitorización del microbioma del entorno.
Charlene Xia.
El equipo combina tecnología antigua con lo último en informática.
Usando un microscopio holográfico digital sumergible, toman una imagen en 2D. A continuación, usan un sistema de aprendizaje automático conocido como red neuronal para convertir la imagen 2D en una representación del microbioma presente en el entorno 3D.
Mediante una red de aprendizaje automático, se puede tomar una imagen 2D y reconstruirla casi en tiempo real para hacerse una idea de cómo es el microbioma en un espacio 3D.
Charlene Xia.
El software puede ejecutarse en una pequeña Raspberry Pi que podría acoplarse al microscopio holográfico.
Para averiguar cómo comunicar estos datos, Xia se centró en el desarrollo de pequeños dispositivos de comunicación submarina que pudieran transmitir datos sobre el océano a los investigadores. En lugar de los 4.000 dólares habituales, estos dispositivos se diseñaron para que costaran menos de 100 dólares, lo que ayuda a reducir la barrera del coste para los interesados en descubrir los numerosos misterios de nuestros océanos. Los dispositivos de comunicación pueden utilizarse para transmitir datos sobre el entorno oceánico a partir de los algoritmos de aprendizaje automático.
Combinando estos dispositivos de comunicación de bajo coste con las imágenes microscópicas y el aprendizaje automático, Xia espera diseñar un sistema de vigilancia de bajo coste y en tiempo real que pueda ampliarse para cubrir granjas enteras de algas.
Es casi como tener el ‘Internet de las cosas’ bajo el agua. Estoy desarrollando todo este sistema de cámaras submarinas junto con la comunicación inalámbrica que he desarrollado y que puede darme los datos mientras estoy sentado en tierra firme.
Charlene Xia.
Armados con estos datos sobre el microbioma, Xia y su equipo pueden detectar si una enfermedad está a punto de atacar y poner en peligro las algas antes de que sea demasiado tarde.
Vía mit.edu (texto en inglés).
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