Perowskit-Solarzellen zur Unterstützung der lebenslangen Tiertelemetrie
Vollständige Lösung
Wisentweibchen Eva mit lebenslangem Telemetrie-Halsband auf der Basis von flexiblen Perowskit-Solarzellen
Bogdan Vykhor
Telemetriehalsbänder mit flexiblen Perowskit-Solarzellen sollen die lebenslange Überwachung von Tieren unterstützen. Die Halsbänder bestehen aus gedruckten Perowskit-Solarzellen, die mit transparentem Epoxid überzogen und mit einem GPS-Fixierungschip und einem LoRa-Datensender kombiniert sind. Die GPS-Koordinaten wurden im EEPROM-Speicher des Halsbandes gespeichert und über das LoRaWAN-Kommunikationsprotokoll an die Cloud übertragen, wo eine Datenbank erstellt wurde. Die Datenbank stellt die Daten dem Open-Source-Dienst Grafana zur Verfügung, der eine flexible Visualisierung von Formularen aus verschiedenen Datenquellen ermöglicht. Auf diese Weise wird die Online-Überwachung von Wildtieren ermöglicht, ohne dass die Batterien in den Telemetriehalsbändern, die die Tiere tragen, gewechselt werden müssen.
Letzte Aktualisierung: 11 Oct 2021
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Foto- und Videogalerie
Kontext
Angesprochene Herausforderungen
Die Telemetriestudie ist recht kostspielig und zeitaufwändig, vor allem wenn die Überwachung oder Verfolgung von Tieren Jahre dauert. Der Austausch der Batterien in den Telemetriegeräten oder der Geräte selbst ist ebenfalls zeit- und kostenaufwendig und bedeutet zusätzlichen Stress für die überwachten Tiere. Akkumulatorenbatterien enthalten außerdem umweltgefährdende Elemente (z. B. Schwermetalle), und ihre Verwendung sollte nach Möglichkeit reduziert werden.
Standort
Brody, Lviv, Ukraine
Ost-Europa
Prozess
Zusammenfassung des Prozesses
Zwei Blöcke kombiniert in einem Gerät. Fast 90 % der Akkumulatorenbatterien als Energiequelle werden durch Perowskit-Solarzellen ersetzt. Es besteht keine Notwendigkeit, das Telemetrie-Halsband zu ersetzen oder Batterien wegen Entladung auszutauschen. Zwei Ideen, die miteinander verbunden sind. Unabhängige Energiequellen (mit Tinte gedruckte Perowskit-Solarpaneele) können skaliert und in jedem Überwachungsgerät zur Versorgung von Sensoren und zur Datenübertragung verwendet werden.
Bauklötze
Integriertes Telemetriesystem für die Erhaltung und Überwachung von Wildtieren
Ein System, das die Überwachung auf globaler Ebene unterstützt und für alle Länder verfügbar sein könnte, wenn die Daten bereitgestellt werden. Die im EEPROM-Speicher gespeicherten GPS-Koordinaten müssen über Gateways an den Cloud-Server übertragen werden. Für die Übertragung der Daten wurde das LoRaWAN-Kommunikationsprotokoll verwendet. Dabei handelt es sich um ein Low-Power-Wide-Area-Network, das entwickelt wurde, um Geräten mit geringer Leistung die Kommunikation mit internetfähigen Anwendungen über eine drahtlose Verbindung mit großer Reichweite zu ermöglichen.
Ermöglichende Faktoren
Synchronisierter Überwachungsansatz, insbesondere für global behandelte Arten.
Es ist von entscheidender Bedeutung, die Möglichkeiten und Chancen von Technologien zu erkennen und sich vorzustellen, wie sie im Naturschutz eingesetzt oder verändert werden können.
Gelernte Lektion
Der Integrationsprozess ist sehr langsam. Sie sollten das Ziel klar vor Augen haben und verschiedene Strategien zur Abschwächung entwickeln. Ein starker Wunsch, Ihre Vision zu erreichen, ist sehr hilfreich.
Flexible Perowskit-Solarkanäle für den Schutz von Wildtieren
Durch die Zusammenarbeit mit Entwicklungsunternehmen, IT-Firmen und Ingenieuren kann ein innovativer Ansatz für den Naturschutz entstehen. Hocheffiziente Telemetrie-Perowskit-Solarzellen liefern hunderttausendmal mehr Energie, als für die Bestimmung der GPS-Position und anderer Daten wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw. und deren Übertragung in die Cloud benötigt wird. Aufgrund des hohen Wirkungsgrads der Perowskit-Energiezellen der Solarmodule kann das Telemetrie-Halsband auch bei geringer Lichtdichte, Staub und schwierigen Bedingungen effizient genug arbeiten, um die richtige Energiemenge zu erzeugen. In diesem Fall verringert sich die Größe der Akkumulatorenbatterien um bis zu 90 %, und es besteht kein Grund, sie alle 3 bis 5 Jahre zu ersetzen, was die negativen Auswirkungen der Akkumulatorenbatterien auf die Umwelt verringert.
Ermöglichende Faktoren
Multidisziplinäre Zusammenarbeit ist der Schlüssel. Wenn IT, Ingenieure, Naturschützer, Manager, Förster, Tierärzte und Jäger für das gemeinsame innovative Ziel zusammenarbeiten. Der Erfolg liegt definitiv in der Zusammenarbeit von hoch motivierten Menschen.
Gelernte Lektion
Die Kombination der richtigen Leute am richtigen Ort. In der COVID-19-Zeit war es eine echte Herausforderung, weil die Grenzen zwischen dem Technik- und dem Implementierungsteam geschlossen waren. Alle Möglichkeiten wurden genutzt und auch die Kreativität.
Auswirkungen
Die Einführung von lebenslangen Telemetrie-Halsbändern ermöglicht einen Einblick in das räumliche Verhalten von Tieren während ihres gesamten Lebens und hilft, die Kaskade von Beziehungen in Ökosystemen zu verstehen (Tag/Nacht, Geschlecht, Jahreszeit, Lebensraumpräferenzen). Wenn man weiß, wo sich ein Tier zu einem bestimmten Zeitpunkt aufhält, kann man das Artenmanagement und die Überwachung verbessern, was der Schlüssel zur Entschärfung von Konflikten zwischen Mensch und Wildtier und zur Verhinderung von Wilderei ist. So helfen beispielsweise zwei mit Halsbändern versehene Wisente dabei, die Herde leicht zu lokalisieren und Maßnahmen zur Vermeidung von Konflikten zwischen Mensch und Tier zu ergreifen. Telemetriehalsbänder, die mit flexiblen Perowskit-Solarzellen gespeist werden, müssen nicht ausgetauscht werden, und die Tiere müssen nicht wiederholt eingefangen werden, was ebenfalls Ressourcen spart und den Stresspegel verringert.
Begünstigte
Naturschützer, Wissenschaftler, Schutzgebietsmanager, Landwirte, Behörden und andere interessierte Kreise.
Ziele für nachhaltige Entwicklung
SDG 7 - Erschwingliche und saubere Energie
SDG 9 - Industrie, Innovation und Infrastruktur
SDG 15 - Leben an Land
SDG 17 - Partnerschaften für die Ziele
Geschichte
Anlegen des Perowskit-Telemetriehalsbandes am männlichen Wisent Adam
Bogdan Vykhor
Wenn man davon träumt, Elon Musk im Naturschutz zu sein, muss man innovativ sein. Das Telemetrie-Halsband für Tiere kombiniert innovative Materialien wie supereffiziente, flexible Perowskit-Solarpaneele, einen Telemetrie-Chip, eine reduzierte Batteriegröße, die nicht ausgetauscht werden muss, und eine kostengünstige LoRaWAN-Übertragungstechnologie und hebt damit die Tiertelemetrie auf eine neue Ebene: die lebenslange Verfolgung von Tieren. Dieses Produkt ist eine Kombination aus gemeinsamen Ansätzen auf multidisziplinärer Ebene - Ingenieurwesen, erneuerbare Energien, Übertragungs- und Verfahrenstechnologien sowie multinationale und multikulturelle Kooperationen - und trägt zur Erhaltung eines der größten europäischen Landsäugetiere bei - dem europäischen Wisent -, wobei der Schwerpunkt auf der Live-Überwachung, dem Management, der Verringerung von Konflikten zwischen Mensch und Wildtier und der Verhinderung von Wilderei liegt.
