Des drones à la recherche d'indices dans la jungle
Une équipe dirigée par l'ETH Zurich et le WSL accède à la finale du concours XPRIZE Rainforest. L'objectif de ce concours international de recherche est de promouvoir le développement de technologies autonomes permettant de collecter des données sur la biodiversité.
En bref
- Sous la direction de chercheurs de l'ETH Zurich et du WSL, l'équipe ETH BiodivX a participé à la demi-finale du concours international de recherche XPRIZE Rainforest.
- Lors de la demi-finale, les équipes ont d'abord collecté des traces d'ADNe à l'aide de drones et de véhicules sans pilote, sans mettre eux-mêmes le pied dans la forêt tropicale. Ensuite, elles ont évalué les données collectées et ont ainsi pu identifier de nombreuses espèces végétales et animales.
- Les technologies développées étaient si convaincantes que les chercheurs de l'ETH BiodivX ont été l'une des six équipes à se qualifier pour la finale de 2024.
page externeXPRIZE Rainforest est un concours international à l'issue duquel un prix de 10 millions de dollars américains attend l'équipe gagnante. L'objectif est d'encourager le développement de technologies autonomes permettant de collecter des données sur la biodiversité. L'utilisation de véhicules de recherche sans pilote (appelés "rovers") et de drones doit permettre de saisir la diversité biologique dans la forêt tropicale et de mieux comprendre cet écosystème. Le concours a débuté en 2019 avec près de 300 équipes, dont 13 ont atteint la demi-finale, qui s'est déroulée en mai et juin 2023 dans la forêt tropicale de Singapour. L'équipe ETH BiodivX, dirigée par l'ETH Zurich et le WSL, s'est également rendue sur place avec 29 personnes de 13 pays pour démontrer l'efficacité des technologies développées en commun. Au total, 56 personnes issues de 15 organisations différentes ont apporté leur contribution à l'équipe ETH BiodivX, dont les trois spin-offs de l'ETH Restor, Diaxxo et SimplexDNA.
La tâche en demi-finale
Chaque équipe disposait de 72 heures pour tester les technologies développées : 24 heures pour collecter des données et 48 heures pour les analyser et rédiger un rapport. La tâche consistait à détecter le plus grand nombre possible d'espèces végétales et animales sur une surface attribuée de jungle dense, sans pénétrer dans la zone elle-même.
Pendant 24 heures, le drone de l'équipe ETH BiodivX a volé 41 fois dans la forêt tropicale et a collecté 50 échantillons d'ADNe (abréviation de environmental DNA, en français : ADN environnemental). Il s'agit de traces d'ADN que les êtres vivants laissent dans leur habitat, par exemple par leurs excréments ou la perte de particules de peau ou de cheveux. La collecte de l'ADNe permet de détecter différentes espèces animales et végétales dans une région donnée. L'équipe ETH BiodivX a collecté trois types d'échantillons d'ADNe à l'aide de drones : Echantillons d'eau, d'air et de surface. Pour le prélèvement des échantillons de surface, les chercheurs ont développé une sonde permettant de faire des prélèvements sur différentes surfaces. Celle-ci a été fixée à un drone et a pu être descendue profondément dans la forêt tropicale grâce à un treuil. "Ce mouvement nous permet de prélever de l'ADN environnemental à l'intérieur de la canopée, ce qui ne serait pas accessible autrement", décrit le professeur de l'ETH Stefano Mintchev, qui a participé au concours.
Un rover et un drone volant, développés respectivement par des chercheurs de l'université d'Aarhus et de l'université technique de Delft, ont également été utilisés en demi-finale. Lors de leurs missions dans la forêt tropicale, les deux véhicules ont produit 130 gigaoctets d'enregistrements vidéo et audio. Des scientifiques citoyens et des algorithmes d'IA de l'organisation zurichoise à but non lucratif GainForest ont suivi ces trajets en livestream et ont ainsi identifié d'autres espèces.
Au total, une énorme quantité de données a été produite en une journée : Plus de 12 millions de séquences d'ADN ont été produites et un total de 257 espèces animales et végétales ont été identifiées par l'équipe dans la zone de forêt tropicale étudiée. Les résultats ont ensuite été consignés dans un rapport de plus de 70 pages.
Des conditions d'exercice idéales au zoo de Zurich
Les conditions chaudes et humides de la forêt tropicale représentent un grand défi pour l'électronique utilisée. Et il fallait aussi s'entraîner à prélever des échantillons avant que les chercheurs ne partent pour Singapour. Heureusement, le zoo de Zurich a mis à disposition un lieu d'exercice idéal avec sa forêt tropicale Masoala. "Outre la mission éducative, la protection de la nature et des espèces, la recherche est l'une des quatre tâches centrales d'un zoo moderne. Cette collaboration avec l'ETH Zurich est un merveilleux exemple de la manière dont on peut utiliser la forêt tropicale Masoala pour tester et optimiser les méthodes de recherche avant de les appliquer sur le terrain", affirme le Dr Leyla Davis, conservatrice de la recherche au zoo de Zurich.
La finale de 2024
Le lundi 24 juillet, des conférences ont été organisées à la page externeConférence ICCB 2023 les six finalistes du concours XPRIZE Rainforest ont été annoncés. Le travail intensif et de longue haleine sur le projet a porté ses fruits, puisque le groupe ETH BiodivX a réussi à se hisser en finale du concours. "Cette performance représente une étape remarquable pour notre équipe. Nous devons notre succès à l'extraordinaire mélange de personnes issues des disciplines les plus diverses, qui ont apporté leurs idées et leurs compétences variées dans les domaines de la robotique, du séquençage de l'ADN, des sciences sociales et d'autres champs", explique Stefano Mintchev.
Kristy Deiner, professeure à l'ETH, ajoute : "Il ne pouvait y avoir de meilleur moment pour un tel concours afin d'élaborer les solutions nécessaires pour faire face à la crise de la biodiversité. Nous sommes honorés d'être parmi les finalistes. Les six équipes qui sont parvenues à se qualifier pour le dernier tour peuvent maintenant retravailler leurs technologies avant la finale de 2024.