California folosește Blockchain și IoT pentru a gestiona utilizarea apelor subterane

California are o problemă cu apa.

Statul este o putere agricolă, producând peste o treime din legumele Statelor Unite și generează peste 50 de miliarde de dolari într-un an, dar producția sa vastă și variată necesită o cantitate la fel de colosală de apă.

De zeci de ani, fermierii și întreprinderile au pompat apa subterană din acviferele din California, straturile permeabile de rocă care țin apa sub pământ, iar rezultatele au fost înspăimântătoare. Pe măsură ce acviferele se scurge mai repede decât le poate reumple ploaia, pământul se scufundă de fapt, un fenomen numit „subsidență”. În zonele în care clădirile și drumurile stau deasupra solului, acest lucru poate provoca daune.

„California este uriașă pentru agricultura americană”, a declarat Alex Johnson, directorul Fondului pentru apă dulce pentru The Freshwater Trust, pentru Digital Trends. „Dar depinde în mare măsură de apele subterane și există unele bazine în valea centrală care au fost atât de epuizate de-a lungul în ultimele două decenii că sunt cu 20 de picioare mai jos în altitudine, deoarece acviferele au fost drenate și tot pământul este stabilirea.”

Pe măsură ce acviferele se scufundă, ele nu reprezintă doar un risc pentru infrastructura de la sol. Roca și solul se prăbușesc împreună, eliminând spațiul în care apa s-ar putea acumula cândva. Acest lucru ar putea fi catastrofal, ca conform Departamentului de resurse de apă din California, în medie pe an apele subterane reprezintă 38 la sută din aprovizionarea cu apă a statului; în anii secetoși, acest număr poate sări peste 46 la sută.

Dacă California va preveni epuizarea în continuare a acviferelor și va supraviețui unor secete precum cea care a afectat-o ​​din 2011 până în 2017, statul va trebui să-și gestioneze utilizarea apelor subterane. În valea centrală, un grup de organizații lucrează la un proiect care ar putea opri valul prin combinarea a două tehnologii: internetul lucrurilor (IoT) și Blockchain.

Un proiect născut în leagănul umanității

Prima mare provocare a fost să descoperi cum să monitorizezi nivelurile apelor subterane în întregul stat. Din fericire, aceasta este o problemă cu care oamenii din alte regiuni ale globului se confruntă de ani de zile și pentru care au dezvoltat deja soluții.

„Facem asta în primul rând astăzi în Africa de Est”, spune Evan Thomas, CEO al SweetSense, o companie care utilizează senzori conectați prin satelit pentru a monitoriza rezervele de apă din mediul rural. „Există de fapt cu 30 la sută mai puține precipitații în Africa de Est în ultimul an, timp de 30 de ani”, explică el, „deci seceta este practic în fiecare an acum, în loc de fiecare zece sau 20 de ani, iar consecințele secetei sunt într-adevăr severă. 250.000 de oameni au murit în 2011 din cauza secetei din Etiopia și Kenya și aproape zece milioane de oameni au fost afectați.”

În Kenya, SweetSense a colaborat cu IBM Research și, cu sprijinul Agenției Statelor Unite pentru Dezvoltare Internațională (USAID), au construit un sistem să folosească senzori IoT pentru a „monitoriza utilizarea și cererea de apă subterană, corelați acest lucru cu disponibilitatea apei de suprafață a precipitațiilor și apoi, de asemenea, majoritatea important, folosiți aceste date pentru a identifica când o pompă de apă se defectează, astfel încât să putem ieși și să o reparăm și să ne asigurăm că oamenii au acces la apă pe tot parcursul anului."

Utilizarea IoT este incitantă: iată o tehnologie pe care mulți oameni o asociază mai întâi cu aparatele de bucătărie și Alexa difuzoare, fiind folosite pentru a salva vieți de la secetă. IoT, internetul lucrurilor, se referă, în linii mari, la capacitatea mașinilor de a comunica între ele.

Imaginați-vă apartamentul modern și tehnic: s-ar putea să aveți un hub smart home care, atunci când ceasul sună 7 a.m., vă spune difuzorul pentru a suna o alarmă, aparatul de cafea pentru a începe să prepară o oală, televizorul să pornească și să schimbe canalul la dimineața știri. Dacă temperatura de afară este sub un anumit prag, termostatul tău inteligent crește căldura. Deși este posibil să fi programat aceste instrucțiuni inițial, mașinile pot „vorbește” între ele și pot executa instrucțiuni fără ca un om să le microgestioneze.

Important este că dispozitivele pot comunica între ele fără a se sincroniza cu internetul mai larg, iar acest lucru este crucial pentru activitatea SweetSense în Africa.

„Motivul pentru care este IoT este că suntem complet în afara rețelei”, explică Thomas. „Nu există un serviciu celular, nu există energie electrică, nu există conexiuni la utilitate, așa că avem un sistem autonom, senzor alimentat cu energie solară care este atașat la aceste pompe care poate monitoriza alimentarea cu apă și o poate conecta prin satelit rețele.”

Senzorii pot încăpea în palma unei persoane și sunt alimentați de un „panou solar de 2 wați, care are dimensiunea unei cărți mici de hârtie”.

O resursă partajată necesită informații partajate

Capacitatea de a măsura cu exactitate utilizarea apelor subterane este un pas crucial, dar nu este suficient să aveți pur și simplu instrumente precise. Apa subterană este o resursă unică complicată de gestionat. Totul se află în subteran, în afara vederii și, din cauza cât de crucial este pentru o varietate de industrii, toată lumea își dorește înghițirea la fântână.

„Cred că există o dificultate inerentă în gestionarea apei și a resurselor naturale în care este greu să urmăriți cine face ce și să urmăriți asta în timp”, spune Johnson. „Nu există prea multă încredere între utilizatori, în special între utilizatori și agențiile guvernamentale sau locale de management față de alte entități care doresc aceeași resursă.”

Utilizarea apelor subterane este un exemplu excelent al tragedia comunului, ideea care prezenta cu o resursă comună, indivizii vor decide să-și maximizeze propria utilizare de ea, în ciuda faptului că, dacă toată lumea face acest lucru, ar putea epuiza resursa și ar putea condamna grup.

Gestionarea unei resurse comune, cum ar fi apa, una la care oamenii se simt în mod natural îndreptățiți, necesită nu doar supraviețuirea grupului depinde de raționalizarea utilizării lor. Este nevoie de încredere. Fiecare individ vrea să știe că toți ceilalți joacă după aceleași reguli.

„Apa este o resursă comună”, spune Nathan Wangusi, responsabil tehnic pentru apă la IBM Research Africa, „ceea ce înseamnă că dacă extragem din Același acvifer trebuie să avem condiții despre cât de mult extragem, cu ce rată extragem... așa că ideea de consens este foarte important."

O abordare bazată pe piață

Wangusi și echipa sa lucrează în Kenya, într-o regiune pe care o descrie ca fiind „puțin populată” și „în mare parte pastorală... dependentă foarte mult de apele subterane.” Este, de asemenea, o regiune în care este greu să implementezi multe tehnologii tehnologice solutii. Wangusi și echipa sa au decis să se concentreze pe cum să monetizeze drepturile de apă.

„Te gândești la orice altă resursă naturală, cum ar fi mineralele, pământul, accesul la capacitatea de a polua”, explică Wangusi, „le primești drepturi printr-un permis... dacă aveți un credit de carbon, obțineți un permis pentru a pune o anumită cantitate de carbon în mediu inconjurator."

De asemenea, dacă dețineți pământ, puteți cultiva culturi și aveți dreptul de a vinde acele culturi. Dacă dețineți o mină, puteți extrage minerale din ea și le puteți vinde. Apa subterană este totuși mai complicată.

„Ceea ce este diferit în ceea ce privește drepturile de apă, mai mult decât alte drepturi asupra resurselor naturale, este că nu poți transforma drepturile asupra apei în mod direct... într-un instrument comercial.”

Wangusi și echipa sa s-au hotărât pe ideea creditelor pentru apă subterană. Un credit oferă proprietarului dreptul de a extrage o cantitate stabilită de apă din pământ și, dacă proprietarul nu dorește să folosească ei înșiși acest drept, le pot „converti în instrumente comerciale pe care le puteți tranzacționa într-un deschis piaţă."

Piețele sunt însă despre încredere. Oamenii implicați trebuie să aibă încredere că produsul pe care îl cumpără – în acest caz dreptul de a extrage apa subterană – este valabil și trebuie să aibă încredere că nimeni altcineva nu folosește sistemul. De ce un fermier s-ar limita doar la apa pentru care își permit să cumpere un permis dacă bănuiește că vecinul pompează apă cu un abandon nechibzuit? Toată lumea trebuie să aibă acces la acele informații și să știe că informațiile sunt de încredere.

Un sistem în care toată lumea poate avea încredere

„Tehnologia care este concepută pentru a sprijini consensul și accesul democrat la informații”, spune Wangusi, „este prin definiție Blockchain, deoarece ai această idee a unui registru care este imuabil și apoi ai ideea unui contract inteligent care poate muta tranzacții în acel Blockchain reţea."

Blockchain este tehnologia care stă la baza criptomonedelor precum Bitcoin, dar are mult potențial pentru alte aplicații. Mai simplu, un Blockchain este un registru descentralizat, partajat între toți cei care doresc acces la el.

Când orice număr de părți efectuează o tranzacție sau o altă tranzacție (de exemplu, înregistrând un „contract inteligent”) pe Blockchain, celelalte părți din rețea o verifică și își asigură locul în înregistrare. Informațiile sunt disponibile pentru toți utilizatorii și nimeni nu le poate modifica ulterior, deoarece datele trebuie să se alinieze cu copiile pe care le dețin toți ceilalți.

Senzorii SweetSense pot urmări cu exactitate cantitatea de apă subterană extrasă de la orice pompă din sistem și să transmită acele informații către Blockchain-ul IBM prin sateliți, astfel încât datele să circule chiar și de la distanță zone. Pe Blockchain, utilizatorii își pot cumpăra și vinde creditele de apă, chiar și înregistrând contracte inteligente pentru a cumpăra automat sau vindeți când prețul este corect și toată lumea poate vedea ce pompe sunt funcționale sau nu, unde este pompată apa și așadar pe.

Din Kenya până în California

Sistemul, dezvoltat în Africa, este un avantaj pentru comunitățile pastorale care depind de apele subterane de acolo. Pentru Freshwater Trust, acesta părea să aibă, de asemenea, mult potențial pentru California. Deși oamenii ar putea să nu leagă imediat Kenya și California în mintea lor, ambele regiuni se bazează pe agricultură și ambele se bazează pe apele subterane.

Thomas a lucrat cu Freshwater Trust în trecut și au văzut o șansă de a colabora.

„Pentru că TFT încerca să-și dea seama cum să-i ajute pe fermieri să monitorizeze efectiv apa și cum să-i ajute pe fermieri să respecte sustenabilitatea apelor subterane. Acționați”, spune Thomas, „și, cel mai important, cum să îi ajutați într-un mod care să ușureze durerea noilor reglementări și să creeze stimulente pe piață pentru participarea.”

Creatorii proiectului au fost încântați de perspectiva a ceea ce ei numesc „tehnologie inversă transfer”, a unui sistem conceput în lumea în curs de dezvoltare care vine să ajute California, inima lumea tehnologiei.

„Cred că este ușor, în cultura americană, să simțim că suntem cei mai buni”, spune Johnson. „Pentru că ni s-a spus asta, sau ne-am spus asta multe. Există o mulțime de locuri în care inovația are loc și cred că viteza tehnologiei s-a democratizat de unde provin unele dintre acele progrese tehnologice cu adevărat interesante.”

Având în vedere rolul central al Californiei în industria tehnologică, există un pic de ironie acolo, marele exportator de inovații bazându-se pe tehnologie dintr-un ținut îndepărtat.

„California este destul de tehnică într-un sens foarte specific”, spune Johnson, „și, în general, asta nu este în jurul agriculturii. Așa că cred că probabil că există o mulțime de domenii în care lumea în curs de dezvoltare are învățături și inovații care pot învăța lumea dezvoltată asta.”

Ceea ce oferă acest sistem IoT/Blockchain este o modalitate de reglare a utilizării apelor subterane care este transparentă și incoruptibil, ceea ce este util, având în vedere că fermierii, fie că sunt din Kenya sau din California, pot fi atenți la guvern mandate.

„Dacă putem crea un sistem care este credibil, care este imuabil și care arată că, în general, resursa respectivă, lună după lună, an după an, este gestionate în mod durabil, dar oferă utilizatorilor confidențialitatea și securitatea de care au nevoie pentru a utiliza efectiv acel sistem”, spune Johnson, „acum suntem vorbind.”

„Legislația va forța cererea pentru aceste noi tipuri de sisteme”, adaugă el și așa organizații precum Freshwater Trust încearcă „să-și dea seama de lucruri înainte ca toată lumea să revină de perete …"

Pământul se usucă

Spatele omenirii poate să nu fie încă lipit de perete, dar îl simțim cum se profilează.

„Nu avem apă disponibilă pe tot parcursul anului, chiar oriunde în lume, și devine o criză”, spune Thomas. „Seceta exacerbează această problemă, cererea exacerbează această problemă și trebuie să ne asigurăm că apa este disponibilă acolo unde trebuie și când trebuie să fie. Și nu vom reuși să facem asta în modul vechi”, adaugă el. „Nu doar vom construi noi baraje din nou sau vom fura toată apa din munți. Trebuie să fim capabili să gestionăm apa acolo unde se află.”

Seceta nu dăunează doar agriculturii. O declarație recentă a Serviciului Forestier al USDA afirmă că 18 milioane de copaci au murit în California din 2017, ducând numărul total de morți din 2010 la 149 de milioane. Cojile acelea se întind pe milioane de acri, o mare de aprinderi care așteaptă o scânteie. Seceta prelungită din California a coincis cu o creștere a incendiilor de vegetație, inclusiv incendiul de tabără din 2018, cel mai mortal incendiu în istoria Californiei.

Va fi nevoie de politici publice solide și inovații tehnologice pentru a preveni dezastrul, iar California le folosește pe ambele.

„Noi, ca oameni, avem acces la o tehnologie aproape divină chiar acum”, spune Johnson. „Să avem un sentiment de urgență și să încercăm lucruri și să aplicăm unele dintre aceste tehnologii acolo unde este cea mai mare nevoie de ele.”

Recomandările editorilor

• Uită de Internetul lucrurilor. Iată ce reprezintă cu adevărat IoT