Drones: a nova fronteira tecnológica para o monitoramento da fauna

No dossel verde que se estende sob o sol, uma sombra se move acima das árvores, acompanhada de um zunido constante. Nos galhos escondidos debaixo da folhagem, movimentos indistinguíveis balançam as copas. A poucos quilômetros de distância, um pesquisador vê a paisagem numa pequena tela dividida: de um lado, uma imagem em preto e branco, do outro, a mesma cena colorida. É na tela acinzentada, entretanto, onde estão fixados os olhos de Marcello Nery, diretor do Muriqui Instituto de Biodiversidade (MIB). A partir dessa imagem, captada por um sensor termal, ele consegue finalmente identificar a silhueta do corpanzil do maior primata das Américas. Um, dois, três… dez muriquis-do-norte, visíveis como pontos brancos na tela termal, ainda que permanecessem praticamente invisíveis na tela colorida.

O registro do grupo de muriquis-do-norte (Brachyteles hypoxanthus) foi feito em novembro do ano passado no município mineiro de Peçanha, durante a Expedição Rede Muriqui, realizada pelo MIB. Com o objetivo de encontrar muriquis isolados e monitorar grupos em fragmentos de floresta, a iniciativa tem contado com ciência cidadã e um aliado dos céus: o drone. Equipado com um sensor termal e colorido, o aparelho identifica focos de calor e, com isso, ajuda os pesquisadores na muitas vezes árdua missão de achar os bichos na mata.

“Nós estamos fazendo estudos comparativos que estão apontando que nós estamos otimizando de três a cinco vezes os voos para detecção de animais com a câmera termal, em relação a um drone só com a câmera colorida. Então você quintuplica a sua chance de achar os bichos”, destaca o primatólogo Fabiano Melo, pesquisador do MIB e professor da Universidade Federal de Viçosa (UFV).

Com os avanços tecnológicos e a gradual popularização dessas ferramentas, os drones têm sido equipamentos cada vez mais utilizados para apoiar levantamentos de fauna nos mais diferentes ambientes. Das copas das árvores em florestas tropicais aos campos abertos e até mesmo em alto-mar. Controlados remotamente – no caso dos drones multirotores – ou em rotas de voo pré-programadas – no caso dos de asa fixa – estes veículos aéreos não-tripulados, equipados com sensores de diversos tipos, têm ampliado a fronteira do monitoramento da biodiversidade no mundo.

Fabiano foi o precursor no uso de drone com câmera termal no Brasil para monitorar a fauna e é uma das maiores autoridades do assunto hoje no país. 

O primeiro estalo que ele teve sobre o potencial do sobrevoo para encontrar muriquis – animais que medem cerca de 1,5 metro e vivem em grupos nas copas das árvores – veio de um voo de helicóptero, em 2006, quando os drones ainda eram equipamentos praticamente restritos aos usos militares. 

Na época, teve apoio do Instituto Estadual de Florestas (IEF) do Estado de Minas Gerais para fazer um sobrevoo em busca de Eduarda, uma jovem fêmea de muriqui-do-norte isolada que havia desaparecido. Os pesquisadores tentavam encontrá-la já há três meses para fazer sua translocação, considerada estratégica para a conservação da espécie. Foram dias e semanas seguidas com equipes de buscas por dentro da mata e de carro nos arredores, mas foi de cima, do helicóptero, que Fabiano finalmente reencontrou Eduarda. E a fêmea pode enfim ser capturada e solta em uma floresta maior e mais saudável, junto a um grupo de muriquis, onde posteriormente teve sete filhos – e hoje já é avó!

“Isso me mostrou, lá em 2006, como a ferramenta do sobrevoo em área de floresta onde tem muriqui é importante. Só que não dava para comprar um helicóptero, então eu deixei para lá. Até que eu vi na internet, muitos anos depois, a proposta de uso de drones para monitoramento de fauna, porque isso já estava surgindo no mundo”, lembra Fabiano.

Um desses trabalhos pioneiros chamou atenção especial do primatólogo: o uso de drones com câmera termal para fazer o monitoramento das populações de coalas na Austrália. A iniciativa começou em 2016, promovida pela Local Land Services, agência regional do governo australiano, e segue ativa até hoje.

Dez anos depois do estalo sobre os sobrevoos para monitorar a fauna, o pesquisador do MIB ainda não podia comprar um helicóptero, mas agora sonhava com um drone capaz de unir o sensor termal com o sensor colorido (RGB) para varrer o dossel da Mata Atlântica em busca de muriquis. 

O problema era que esse drone imaginado pelo brasileiro não existia ainda no mercado mundial. A única solução seria construir um do zero. Para financiar a invenção, Fabiano contou com o apoio da Fundação Grupo Boticário, através do Programa de Conservação Muriqui de Minas (PCMM).

O programa previa a aquisição de um drone para realizar o monitoramento de muriquis. Para criar o aparelho, Fabiano contratou a empresa de tecnologia Storm Group, que faz drones para o Exército Brasileiro. No corpo de um drone grande de seis hélices foram acopladas peças, feitas através de uma impressora 3D, e as duas câmeras – termal e colorida. A empresa também elaborou um software, batizado de MuriLabs, que permite o funcionamento simultâneo das câmeras e processar as imagens para enxergar e contar os animais.

O equipamento ganhou o apelido de dronequi e, em pouco tempo, ganhou também os céus de Minas Gerais. “Com o sensor infravermelho e através do calor do bicho debaixo da copa, a câmera termal conseguia detectar o bicho muito melhor do que a câmera colorida. A gente via o bicho pela termal antes de ver pela colorida”, conta Fabiano, que tornou-se piloto profissional de drone. 

“Em 2018, nós fizemos uma expedição pro Parque Estadual do Brigadeiro e nós conseguimos detectar um grupo em apenas sete minutos de voo. E nesses sete minutos, eu contei 22 indivíduos. A vantagem que o drone nos traz é absurda”, destaca.

Nos últimos sete anos, o Frankenstein tecnológico que deu luz ao dronequi foi substituído por versões prontas que passaram a ser disponibilizadas no mercado, melhores e mais práticas. A tecnologia, como sempre, correu, ou melhor, voou.

Atualmente o pesquisador trabalha com um Mavic-3 Thermal, montado diretamente pela chinesa DJI com as câmeras termal e colorida. O aparelho é capaz de voar mais de 30 minutos por bateria e percorrer cerca de cinco quilômetros de distância a partir do ponto de decolagem.

Com relação a altitude, a Agência Nacional de Aviação Civil (ANAC) regulamenta o uso de drones e estipula o limite máximo de 500 metros de altitude em relação ao ponto que você decola e 120 metros em relação ao solo. Além disso, é preciso sempre manter contato visual com o aparelho. Outras regras estipuladas pela agência brasileira para o uso das aeronaves não tripuladas são a certificação do operador do drone, que deve possuir uma licença própria da ANAC, e respeitar uma distância limite de terceiros (acesse aqui para ver as regras na íntegra).

Inteligência artificial no horizonte

Apesar do avanço dos aparelhos, o software que opera as câmeras do drone usado por Fabiano permaneceu em sua versão 1.0, onde a contagem dos animais permanece feita de forma manual pelos próprios pesquisadores. Isso pode ser o próximo grande salto da ferramenta: incluir Inteligência Artificial e “deep learning” para ensinar a própria máquina a distinguir espécies, identificá-las e contá-las de forma automática. 

“Um dos nossos grandes gargalos hoje é esse. Trabalhar esse volume de dados que a gente está criando com os voos de drone. Porque se eu voo quatro baterias num dia, dá uma hora e meia, duas horas de voo. Você imagina ficar duas horas depois no computador olhando aquele voo para ver se você perdeu e não identificou alguma coisa? E essa é a ideia da Inteligência Artificial. Para ter softwares que façam isso para gente automaticamente e que sejam capazes de identificar as espécies e contar o número de indivíduos, e para termos um bom aproveitamento das imagens que a gente cria”, explica Fabiano Melo, que sonha em ajudar a implementar essa tecnologia – ainda embrionária no mundo – no Brasil.

Já existem exemplos pontuais de Inteligência Artificial, como a contagem de aves marinhas nas ilhas Malvinas, no Atlântico Sul. No projeto, pesquisadores da Universidade Duke e da Wildlife Conservation Society (WCS) usaram um algoritmo de aprendizagem para analisar mais de 10 mil imagens de drones de colônias de aves marinhas no arquipélago. O computador foi capaz de contar albatrozes-de-sobrancelha (Thalassarche melanophris) com 97,66% de precisão, como detalham em artigo publicado em 2021.

No Brasil, o uso do algoritmo vem sendo aplicado no levantamento populacional feito por drone de cervos-do-pantanal (Blastocerus dichotomus) na Reserva Particular do Patrimônio Natural (RPPN) Sesc do Pantanal, em Mato Grosso. O monitoramento, que começou em 2017, é liderado pelo biólogo Ismael Brack, pós-doutorando da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) e membro do Grupo de Estudos em Vida Silvestre (GEVS), formado por pesquisadores do Museu Nacional/UFRJ, UFRGS e Fiocruz.

“A gente programa uma trajetória do drone e ele faz essa trajetória tirando fotos ou filmando de acordo com o objetivo. Posteriormente, no laboratório, a gente faz a contagem dos indivíduos, revisando essas fotos e esses vídeos. E isso pode ser feito tanto de maneira manual, que é o que a gente estava fazendo até pouco tempo, contando os indivíduos foto por foto, ou usando um algoritmo de busca, que deve ser treinado para essa tarefa específica. Para cada espécie que nós amostramos, devemos treinar um algoritmo específico para encontrá-la. Então precisamos de várias amostras de cada espécie para conseguir treinar o algoritmo, o que vai facilitar nossa vida depois”, explica Ismael.

De acordo com ele, o algoritmo tem funcionado com um processo de revisão semiautomática, que dá aos pesquisadores possíveis cervos e eles confirmam ou não cada um. “Isso tem reduzido absurdamente o tempo de revisão das imagens das expedições que a gente faz”, reforça.

O algoritmo começou a ser usado na revisão dos dados de 2021 e 2022, mas Ismael ressalta que essa ainda é uma primeira versão, em aprimoramento. “Uma coisa é desenvolver um algoritmo para identificar carros, com milhões de amostras disponíveis. Outra coisa é ter dados suficientes de uma espécie rara e ameaçada para treinar um algoritmo desses”, conta o biólogo da UFRGS.

Ele ressalta ainda que mesmo de forma manual, as contagens aéreas estão sempre sujeitas a erros de detecção. Tanto para menos, com indivíduos ignorados pelos olhos do revisor ou ocultos debaixo de árvores; quanto para mais, com a contagem duplicada do mesmo indivíduo. Por isso, Ismael dedicou parte de sua pesquisa – tema de artigo publicado em 2022 – a como desenvolver desenhos amostrais que possam corrigir esses erros de levantamentos via drone para uma estimativa populacional mais robusta e confiável.

Monitoramento de cervos no Pantanal

A pesquisa conduzida por Ismael na RPPN Sesc Pantanal utiliza o Echar 20B, um drone de asa fixa da empresa brasileira XMobots, que parece um pequeno avião, com uma envergadura de dois metros de asa a asa, e que funciona com voos programados. A grande vantagem deste aparelho é sua capacidade de cobrir áreas maiores. “Ele consegue percorrer entre 60 e 70 quilômetros por voo, em aproximadamente 1 hora”, detalha o biólogo.

A operação também é diferente. Para decolagem, o drone precisa ser catapultado. Já para o pouso, é utilizado um paraquedas. Isso limita um pouco a usabilidade do equipamento, admite o pesquisador, porque torna necessário ter áreas abertas e sem obstáculos para decolar e pousar.

O projeto que monitora e estima a abundância populacional da espécie na RPPN – a maior do Brasil, com 108 mil hectares – e identifica as áreas-núcleo para a espécie, foi detalhado em artigo publicado na revista científica Biodiversity and Conservation, em fevereiro deste ano. A iniciativa é coordenada pelo pesquisador e orientador de Ismael, Luiz Flamarion Barbosa de Oliveira, do Museu Nacional/UFRJ, em parceria com a Fiocruz e apoio do Sesc Pantanal.

Das aproximadamente 25 mil imagens geradas pelo drone ao longo de 25 voos, foram validados um total de 66 registros únicos de cervos. Com esses dados, os pesquisadores conseguiram estimar a densidade populacional da espécie, concentrada na porção oeste da reserva particular, onde apresenta alta abundância de mais de 8 indivíduos por km², em contraste com menos de dois por km² na região central e mais seca da RPPN.

Os cervos-do-pantanal são classificados atualmente como Vulneráveis ao risco de extinção na Lista Vermelha da União Internacional pela Conservação da Natureza (IUCN, na sigla original).

De acordo com Ismael, uma das principais vantagens do uso dos drones para monitorar espécies ameaçadas é facilitar levantamentos recorrentes e um acompanhamento mais preciso da abundância populacional destes animais. “Muitas espécies ameaçadas habitam áreas remotas, de difícil acesso, como é o caso do cervo-do-pantanal. Essa é uma espécie muito difícil de se amostrar de outras formas, é complicado até mesmo para instalar armadilhas fotográficas”, diz o biólogo.

Por isso, mesmo antes do advento dos drones para monitoramento, os pesquisadores já faziam amostragens aéreas para essa espécie, conta Ismael, porém a partir de aviões convencionais, tripulados. “Nesse caso para nós foi uma enorme vantagem o uso de drone porque eles trazem uma maior flexibilidade no campo, podemos fazer voos de qualquer lugar, não dependemos de piloto. Tem um custo-benefício melhor”, acrescenta. 

De dronequi a “drone-fauna”

Apesar de ter sido concebido originalmente para encontrar muriquis, o uso do drone pilotado pelo primatólogo Fabiano Melo tem se mostrado útil para detecção de outras espécies – e não apenas de primatas. Ainda que seja incapaz de penetrar com seu sensor infravermelho dentro da floresta fechada, a câmera termal não capta apenas o calor de grandes animais como o muriqui. Fabiano conta que já fez registros desde aves de maior porte como jacutingas, jacus, urubus e gaviões, que costumam ficar na copa das árvores, até pequenos beija-flores. “Até abelha eu já peguei com o drone. Você vê o movimento delas com a câmera termal, é incrível!”, conta.

O equipamento já provou-se útil também para encontrar preguiças. Um artigo recém-publicado na revista científica Mammalia por pesquisadores do Instituto Nacional da Mata Atlântica (INMA) junto com Fabiano, do MIB, descreve os primeiros registros da preguiça-de-coleira-do-sudeste (Bradypus crinitus) feitos a partir de um drone com câmera termal. Nos voos, feitos na Reserva Biológica Augusto Ruschi, no Espírito Santo, também houve registros de mãos-peladas (Procyon cancrivorus) descansando no topo das árvores.

“Alguns mamíferos arbóreos, como as preguiças-de-três-dedos (gênero Bradypus), possuem uma ampla gama de características morfológicas e comportamentais que lhes permitem viver no dossel da floresta, tornando-os muito ocultos e difíceis de identificar com buscas terrestres. Os pesquisadores que realizam estudos sobre esse grupo têm problemas para detectar sua presença em levantamentos de campo, exigindo mais tempo de campo para resultados de qualidade. Drones com sensores RGB [câmera colorida] podem obter dados de animais em ambientes mais abertos, sem camuflagem, porém neste caso a espécie está bem camuflada com o dossel e é quase impossível de detectar em um voo normal, com um sensor RGB. Portanto, drones equipados com câmeras termais, que detectam emissões de calor dos corpos dos indivíduos, podem superar as imagens ópticas tradicionais e podem ser uma ferramenta valiosa para coletar dados de alguns mamíferos arbóreos”, defendem os autores em trecho do artigo.

Em apenas dois dias de voo na reserva, em maio de 2022, os pesquisadores identificaram um total de cinco indivíduos através da câmera termal, entre eles uma mãe com o filhote a tiracolo. “Ao todo, tivemos um esforço de 1,7 indivíduo por hora-voo”, resumem na pesquisa, que reforça o papel estratégico deste aliado dos céus.

A eficácia dos drones em alguns casos dispensa até mesmo a câmera termal. Apenas com a câmera colorida e o sobrevoo da pequena aeronave não-tripulada, uma iniciativa conduzida pelo Instituto Mamirauá com apoio da WWF-Brasil, testou o equipamento para monitorar e contar  o tucuxi (Sotalia fluviatilis) e o boto-rosa (Inia geoffrensis) em rios amazônicos. O experimento, realizado em 2016, foi detalhado em artigo publicado em 2019 na revista científica Oryx. 

“As pesquisas aéreas forneceram maior precisão do que observadores humanos na contagem de indivíduos em grupos detectados. Comparado com estimativas derivadas de levantamentos visuais, o uso de veículos aéreos não-tripulados pode fornecer uma estimativa mais viável, econômica e precisa das populações de botos da Amazônia. O método poderia potencialmente ser replicado em outras áreas importantes para a conservação destas espécies, para gerar um melhor indicador das populações de botos na Amazônia”, aponta o artigo.

Gargalo dos custos

O que o primatólogo precisou inventar em 2016, hoje existe pronto nos estoques de empresas que dominam o ramo, como a chinesa DJI. O valor de um Matrice 30 Thermal, o M30T, considerado um dos melhores modelos do mercado, que inclui ambas as câmeras termal e colorida, sai atualmente por cerca de 100 mil reais. Isso faz do custo um grande gargalo para popularizar a ferramenta entre projetos de pesquisa brasileiros.

“O dinheiro mínimo hoje para você aplicar num drone bom, com câmera termal, é de 45 mil reais. Mesmo se você comprar nos Estados Unidos, está na faixa de 6 mil dólares. Por menos que isso, você não consegue comprar um bom aparelho”, avalia Fabiano, do MIB. “Estou na campanha para a DJI me patrocinar”, brinca o pesquisador.

O componente mais caro do aparelho é justamente a câmera termal. E ter uma boa resolução da imagem térmica é o que aumenta as chances de detecção e identificação de animais.

Assim como o dronequi, construído a partir do programa apoiado pela Fundação Grupo Boticário, os outros aparelhos adquiridos pelo primatólogo foram comprados a partir do financiamento de projetos de pesquisa, às vezes com apoio de empresas interessadas em apoiar o monitoramento de determinados grupos da fauna.

Fabiano compara o uso do drone com o das armadilhas fotográficas, as cameras traps, que começaram a ser usadas nos anos 80 e hoje são um equipamento praticamente indispensável em qualquer iniciativa de monitoramento de fauna terrestre. 

“Elas foram popularizadas porque o preço ficou acessível, você compra uma câmera trap hoje por 70, 80 dólares. E hoje o drone está sendo essa fronteira da tecnologia para monitoramento de biodiversidade, como foram as câmeras traps, né?”, reforça.