År 2017, Scot Martin, Gordon McKay professor i miljövetenskap och teknik vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), tänkte sig ett nytt dronbaserat kemiskt övervakningssystem för att spåra Amazonas hälsa inför de globala klimatförändringarna och av människor orsakad avskogning och bränning.

Projektet skulle övervaka kemiska signaler från växter som kallas flyktiga organiska föreningar (VOC), som hjälper växter att interagera med organismer runt omkring dem. Varje växtart avger en annan VOC -signatur - som ett fingeravtryck - som kan ändras baserat på säsongen eller om växten är under press från, till exempel, torka eller översvämning. Övervakning och översättning av dessa signaler kan avslöja hur skogens ekosystem reagerar på stress orsakad av klimatförändringar.

Traditionellt, denna typ av övervakning har gjorts från stora plattformstorn som reser sig över skogen.

"Amazonas innehåller tusentals små ekosystem, var och en med sin egen biologiska mångfald och VOC -signaler, "sa Jianhuai Ye, en postdoktor på SEAS. "Än, det finns mindre än 10 av dessa torn i hela skogen och de är alla byggda i liknande ekosystem där jorden kan stödja stora strukturer. Som du kan föreställa dig, Detta leder till mycket partiskhet i data. "

Martin, Ni och resten av laget, som inkluderar samarbetspartners från Amazonas State University (UEA) och Amazonas State Research Support Foundation (FAPEAM), trodde att drönare kunde ge mer exakta data om skogen.

Deras första uppdrag visade hur rätt de hade.

Sommaren 2018, efter år med prototyper, forskarna använde sina specialdesignade drönare för att kartlägga det kemiska fingeravtrycket för två olika ekosystem i centrala Amazonia. Vad de hittade störtade de flesta dagens biosfärutsläppsmodeller, som antog att närliggande ekosystem hade samma utsläpp.

Forskningen publiceras i Förfaranden från National Academy of Sciences .

"Växter och insekter kommunicerar ofta via kemisk signalering, snarare än att visuell eller vokal signalering är vanligare bland djur, "sa Martin." Med våra kemiska sensorer, vi kan bättre förstå skogens nuvarande funktion och hur den förändras med skiftande regionklimat, inklusive en mer frekvent förekomst av bränder under de senaste åren i den centrala delen av Amazonas. "

I centrala Amazonas, sluttande kullar ger upphov till platåer och vattendragna dalar, dissekeras av bäckar och floder. Var och en av dessa ekosystem - skogarna på sluttningarna, skogarna på platåerna och i dalarna, och vegetationen längs vattenkanterna - har ett annat kemiskt fingeravtryck.

Forskargruppen flög drönare över platåskogar och sluttningskogar. De fann att koncentrationerna av en VOC som kallas isopren var mer än 50 procent högre i platåskogen än i sluttningsskogen. Med hjälp av denna data, de utvecklade en modell som föreslog att isoprenemissioner fördubblades till tredubblades bland dessa olika skogsundertyper. I avsaknad av mätningar, tidigare utsläppsmodeller antog ingen skillnad.

"Denna forskning belyser hur lite vi förstod skogsheterogenitet, "sa Martin." Men drone-assisterad teknik kan hjälpa oss att förstå och kvantifiera VOC-utsläpp i olika, närliggande ekosystem för att bättre representera dem i simuleringar av klimat- och luftkvalitetsmodeller. "

Forskarna planerar att prova ekosystem i vattendragna dalar och längs floderna under hösten 2019 med hjälp av en båt mitt i floden som en plattform för att skjuta upp och hämta drönarna. De planerar också att testa en tre-drone flotta som drivs i samklang.