Замена батарей в устройствах слежения за животными становится трудоемкой и дорогостоящей задачей для ученых, занимающихся дикой природой. К тому же процесс замены батареи означает лишний стресс для животного. Теперь, вдохновленные технологией самозаряжающихся смарт-часов, исследователи создали трекер, работающий на основе движения тех, кто его носит. Этот подход поможет исследователям наблюдать за животными на протяжении всей их жизни, облегчая жизнь как ученым, так и существам, за которыми они следят.
«Батарейки часто оказываются самым большим препятствием для развития технологий отслеживания животных, — говорит Тодд Кацнер, биолог-исследователь из Геологической службы США, который отслеживает диких животных более двадцати лет. — Любая система, которая преодолеет нынешние ограничения, будет чрезвычайно ценной».
Многие трекеры питаются от солнечной энергии. Но они не подходят для ночных существ или для животных, которые обитают в воде, под пологом леса или в пещерах. Еще одним вариантом являются неперезаряжаемые литий-ионные батареи, срок службы которых, по заявлению производителей, может исчисляться десятилетиями, но опыт эксплуатации показывает, что очень высокие или низкие температуры значительно сокращают этот срок.
Супруги-биологи Расмус и Линнея Ворсё-Хавмёллер из Музея естественной истории в Дании не понаслышке знакомы с этой проблемой. Они заняты полевыми исследованиями находящихся под угрозой исчезновения красных волков (Cuon alpinus), которых в природе осталось не более двух тысяч. Наблюдая, как эти волки бегают по сухим саваннам Южной Азии, пара задалась вопросом, можно ли преобразовать энергию бега в электроэнергию. Расмус Ворсё-Хавмёллер узнал, что исследователи уже разработали прототипы устройств слежения, питающихся от вибраций движения животных, но они были слишком громоздкими, чтобы их можно было использовать для большинства видов. Однако он также обнаружил швейцарские умные часы, работающие от крошечного генератора, который преобразует движения владельца в электромагнитный ток, питающий устройство.
Вдохновленные супруги Ворсё-Хавмёллер и их коллеги объединились с инженером Троелсом Грегерсеном из Института поведения животных Общества Макса Планка, чтобы посмотреть, смогут ли они адаптировать эту технологию для работы в системах слежения за животными. Крошечный генератор часов размером и весом «примерно с пару сложенных фишек для покера» собирает энергию от движений из стороны в сторону. Пока маятник качается, он генерирует ток, скользя ферромагнитным кольцом по медной катушке. Эта энергия хранится в литиевом суперконденсаторе, который может выдерживать в сорок раз больше циклов зарядки, чем стандартная литиевая батарея. Исследователи упаковали свою новую батарею с маломощным GPS-трекером, акселерометром и крошечным компьютером в водонепроницаемый корпус с защитой от зубов животного. По словам Грегерсена, устройство слежения и ошейник весят всего 150 граммов.
Сначала ученые протестировали оборудование на своих домашних собаках, прикрепив трекеры к ошейникам Балто, Пекки и Кометы. Всего полутора часов выгула собак было достаточно, чтобы вырабатывать энергию для ежедневного определения местоположения GPS. Затем устройства прикрепили к прочным ошейникам для диких животных и надели на зубра, бродящего по болоту к востоку от Ольборга в Дании, и на эксмурского пони, живущего на травянистых водно-болотных угодьях на южной оконечности датского острова Лангеланд. Оба животных используются, чтобы поедать разросшуюся растительность и удобрять почву, тем самым «восстанавливая дикую природу» ландшафтов. По словам Расмуса Ворсё-Хавмёллера, они производили достаточно энергии для обеспечения регулярных сигналов GPS, а также по крайней мере одного показания акселерометра в день.
Теоретически устройства смогут работать всю жизнь животного. Трекер пони всё еще действовал на момент публикации статьи, спустя 147 дней после того, как исследователи прикрепили его. Схемы устройства включены в статью в журнале PLOS ONE и находятся в свободном доступе для других ученых. Исследователи надеются, что другие будут опираться на их работу, чтобы создать еще более эффективные и легкие версии, так как для некоторых видов животных — например, для летучих мышей — нынешняя версия устройства всё еще слишком тяжелая.