Así funciona o software creado en Galicia para controlar a expansión da vespa velutina

O profesor Iván Area é catedrático de Matemática Aplicada II na Universidade de Vigo, concretamente no Campus de Ourense, onde traballa como docente no grao de Enxeñaría Aeroespacial. Cunha traxectoria consolidada no campo das ecuacións diferenciais e os modelos matemáticos aplicados, Area forma parte dun equipo de investigación que vén de desenvolver un innovador modelo matemático e un software para predicir a expansión da avespa velutina en Galicia.

A contribución deste equipo de investigadores combina a teoría matemática coa utilidade práctica, ofrecendo ferramentas que poderían resultar clave no control dunha das especies invasoras máis problemáticas do noroeste peninsular. Nesta entrevista, afondamos no proceso de investigación e nas posibles aplicacións desta ferramenta no ámbito ambiental e agroforestal.

– Que motivacións levaron ao equipo a empregar ecuacións diferenciais de Stieltjes para xerar un modelo da expansión da avespa velutina?

A análise do mundo natural foi, ao longo da historia, un dos piares fundamentais para o avance da ciencia. Observar os seres vivos, os seus comportamentos e adaptacións ao medio permitiu aos investigadores/as atopar solucións creativas a problemas humanos, inspirándose directamente na natureza.

Un exemplo destacado desta conexión entre natureza e innovación científica é o caso de Faustino Santalices Muñiz, un galego que soubo ver máis alá do evidente. Fillo de Faustino Santalices Pérez, recuperador da gaita e da zanfoña, Faustino Santalices Muñiz, doutor en Medicina e Cirurxía pola UCM, observando como os canarios se alimentaban, cortando o alimento sen chegar a tronzalo completamente, desenvolveu e patentou a “pinza de pico de paxaro” cirúrxica para operar nos ollos. Máis concretamente o novo modelo de pinza sen dentes para o iris na operación da catarata data do ano 1962. Esta ferramenta imitaba a precisión e delicadeza dos movementos dos paxaros, permitindo intervencións máis seguras e eficaces. Outro dos seus inventos foi O perfeccionamento da ventosa para a extracción da catarata (aproximadamente no 1953), que deseñou a partir das ventosas do pulpo.

Este caso ilustra como a curiosidade, combinada cunha atención detallada ao mundo natural, pode dar lugar a avances tecnolóxicos e médicos significativos. A natureza, co seu enxeño acumulado durante millóns de anos de evolución, segue a ser unha fonte inesgotable de inspiración para a ciencia, e exemplos como o de Santalices lembran a importancia de observar con ollos atentos e mente aberta. Con estas premisas traballamos Juan José Nieto, Adrián Fernández Tojo, Francisco Fernández mais eu.

Francisco Javier Fernández, Fernando Adrián Fernández, Juan Nieto e Iván Area

– Que principais conclusións se extraeron ata o momento sobre os patróns de expansión da avespa velutina en Galicia?

O modelo matemático constata algo que se pode observar na natureza, a expansión desta especie invasora. Os datos que puidemos manexar permiten saber como evoluciona a especie. Pero somos conscientes de que os datos son incompletos pois os niños só se retiran, como ben sabemos, cando hai poboación humana próxima. Por iso é importante a mellora e o tratamento de datos, para o cal haberá que empregar técnicas adicionais para estimar localizacións de niños en función dos xeolocalizados.

O modelo que empregamos necesita de ferramentas matemáticas moi novidosas que implicaron teoría aínda sen desenvolver

– Como se validou o modelo coas observacións reais de niños de velutina e cal foi o grao de precisión acadado?

Empregamos datos de anos distintos e verificamos a aproximación das previsións do modelo aos datos reais, que novamente retroalimentaban o modelo para facer máis previsións. Esa é a idea do xemelgo dixital, que xa aplicamos para outras cuestións como puido ser a pandemia de COVID-19. Temos que ser conscientes, como sinalei anteriormente, que son datos incompletos que requiren tratamento previo. Non aparecen xelocalizacións de niños en espazos onde hai unha densidade de poboación humana baixa. Iso si, cos datos que temos, os resultados obtidos concordan coa realidade, que é o grande logro do modelo proposto. O modelo funcionaría mellor comparativamente coa realidade se introducísemos datos con todos os niños, pero o modelo funciona perfectamente en comparación cos datos existentes de distintos anos, sabendo que son incompletos.

– Que desafíos principais enfrontaron durante o desenvolvemento do modelo e como os superaron?

As derivadas clásicas permiten estudar a evolución no tempo de determinadas variacións, como pode ser a velocidade instantánea. Pero estas ferramentas non serven para a análise da evolución dun insecto como a Vespa Velutina que ten un ciclo durante o ano no que se distinguen distintas fases. Por estes motivos o modelo que empregamos necesita de ferramentas matemáticas moi novidosas que implicaron teoría aínda sen desenvolver. Isto levounos a ter que combinar no noso traballo partes moi teóricas coas partes máis aplicadas, que eran inicialmente as que máis nos interesaban. A combinación foi moi interesante para poder chegar á versión final do traballo.

– Como se integra o ciclo vital da velutina (e as fases como a hibernación e a reprodución) no modelo matemático desenvolvido?

Xustamente é unha das cuestións que nos levou máis tempo. Coas técnicas clásicas non é posible modelar acaidamente unha especie como esta, pois ten períodos de hibernación e períodos de moita actividade. Por iso cómpre introducir ferramentas diferentes para poder abordar o problema. Unha vez tivemos claro como abordar o problema desde o punto de vista das matemáticas, despois só tivemos que ter en conta todos os estudos que existen sobre a Vespa Velutina desde outros campos de coñecemento. Trátase de poder relacionar ámbitos, teorías e técnicas nun contexto interdisciplinar, que consideramos moi importante para poder avanzar na resolución deste e doutros problemas. Existen outras cuestións que teremos que introducir en futuras versións do traballo desenvolvido. Pensamos na pelexa específica entre raíñas para ocupar un mesmo espazo, as correlacións coa masa forestal, a presenza de ríos ou auga en xeral. Todas estas cuestións pensamos que deben ser tidas en conta, e cómpre colaboración desde as administracións para poder levalas adiante, partindo de algo tan simple ou tan complexo como o subministro de datos.

O noso obxectivo é que este modelo poida ter unha utilidade real e directa para a sociedade, especialmente para aquelas entidades que están na primeira liña fronte á expansión da Vespa velutina, como poden ser os concellos, as asociacións de apicultores ou os servizos de emerxencia.

– Podería explicarnos como se aplicou o concepto de “xemelgo dixital” neste proxecto e que vantaxes ofrece respecto a outros enfoques?

Os xemelgos dixitais (digital twins) son réplicas virtuais de obxectos, procesos ou sistemas físicos, conectadas de maneira dinámica co seu equivalente real a través de datos. Esta tecnoloxía permite simular, monitorizar e optimizar en tempo real o comportamento dun sistema, facilitando a toma de decisións máis precisas e eficientes.

Un dos primeiros usos recoñecidos na literatura foi no ámbito aeroespacial, cando a NASA empregou modelos dixitais detallados para monitorizar e manter os sistemas das misións espaciais, especialmente no programa Apollo. Estes primeiros xemelgos dixitais permitían prever fallos e planificar reparacións sen acceso físico ao obxecto real.

Hoxe en día, os xemelgos dixitais esténdense a sectores como a industria, a saúde, a construción ou as cidades intelixentes, abrindo novas posibilidades para a innovación e a eficiencia sustentable. O feito de dispor dun xemelgo dixital para poder falar do avance da Vespa Velutina permite axustar o modelo segundo o propio insecto varía o seu comportamento, para considerar as técnicas de control óptimo pensando en como frear esta especie invasora.

– Que tipo de datos se empregaron para alimentar o software e como se recollen e actualizan eses datos?

A cuestión dos datos, como sinalaba anteriormente, é moi importante para poder ter resultados cientificamente correctos. Empregamos datos xeolocalizados de niños retirados durante un certo período de tempo que nos permitiu validar o modelo, segundo os datos dos que dispuxemos. Agora ben, tamén somos conscientes de que existen moitos máis niños que non se retiran por non estaren próximos a poboacións, polo que nunha seguinte fase a nosa idea é estimar os niños non detectados con outro tipo de técnicas.

Precisamos que as institucións dean un paso adiante se realmente queremos transformar este prototipo nunha ferramenta útil, eficaz e ao servizo do ben común

– Está previsto que o software estea dispoñible para entidades públicas ou privadas, como concellos ou asociacións de apicultores?

O noso obxectivo é que este modelo poida ter unha utilidade real e directa para a sociedade, especialmente para aquelas entidades que están na primeira liña fronte á expansión da Vespa velutina, como poden ser os concellos, as asociacións de apicultores ou os servizos de emerxencia.

Con todo, hai que ter en conta que o software atópase aínda nunha fase de prototipo, e para que poida converterse nunha ferramenta efectiva e dispoñible é necesario abordar melloras técnicas, validar datos sobre o terreo e adaptar o sistema ás necesidades concretas dos usuarios finais. Para iso, resulta fundamental contar con financiamento específico e, sobre todo, coa colaboración activa dos axentes implicados, en particular da administración pública.

Desde o noso equipo xa manifestamos e mantemos firme a vontade de seguir traballando e mellorando o modelo. A día de hoxe, consideramos que a pelota está noutro tellado: precisamos que as institucións dean un paso adiante se realmente queremos transformar este prototipo nunha ferramenta útil, eficaz e ao servizo do ben común.

– Que colaboracións se estableceron con outros grupos de investigación ou institucións para desenvolver este proxecto?

Un proxecto coma este non pode desenvolverse de xeito individual, nin sequera como un grupo de persoas cunha certa experiencia en modelado de fenómenos naturais. Tivemos a fortuna de poder contar coas compañeiras do grupo ECOAGRASOC (Grupo de Economía Agroalimentaria e Medioamental, Desenvolvemento Rural e Economía Social) que nos orientaron á hora de enfocar certos problemas de control. Tres membros de Ecoagrasoc (Ana Isabel García Arias, María Amparo Ferreira Golpe e Ibán Vázquez González) lideraron a avaliación económica do impacto nos apicultores da expansión da Vespa Velutina participando no proxecto Atlantic Positive, financiado con fondos europeos INTERREG. Tamén fixemos contactos con grupos e redes a nivel internacional que nos permitiron saber que ferramentas existían e que cuestións poderían ser novidosas á hora de abordar o problema. Isto é moi importante a nivel científico, se me permiten, para non inventar a roda ou o lume novamente.

Establecer mecanismos de cooperación con Portugal, compartir datos, estratexias e boas prácticas non só é unha opción intelixente, senón tamén unha necesidade para protexer conxuntamente os nosos ecosistemas, a agricultura e a saúde pública

– Considera que este modelo podería adaptarse para estudar outras especies invasoras ou pragas con características similares?

Pensamos que o estudo feito para a Vespa Velutina avance dunha especie invasora pode ser tamén de gran utilidade para estudar outras especies, sempre que se adapten certos parámetros ás características concretas de cada caso. Isto débese a que moitos modelos ecolóxicos comparten unha estrutura matemática ou conceptual común: describen como se expande unha poboación no espazo e no tempo en función de factores como a reprodución, a dispersión ou as interaccións co medio. Obviamente hai que axustar certas partes, pois non todos os insectos teñen p.ex. o mesmo ciclo vital que a Vespa Velutina. Pero ao mesmo tempo, hai cuestións de fondo que si son aproveitables e reciclables, pois teñen unha base común.

Esta reutilización de modelos permite aforrar tempo e recursos, e tamén facilita a comparación entre diferentes especies e situacións. Así, consideramos que podemos axudar a anticipar impactos, planificar medidas de control e comprender mellor os mecanismos que favorecen ou frean a invasión biolóxica.

– Que pasos futuros están previstos para mellorar o modelo ou ampliar a súa aplicación a outras rexións ou contextos?

En primeiro lugar, debemos ter presente que un dos maiores intereses do modelo é a nivel de ordenador. O xemelgo dixital ten dúas vías de interacción: unha é desde o mundo real ao mundo dixital para mellorar o modelo. Outra é xustamente no sentido inverso, o que nos permite deseñar estratexias de control no ordenador que logo se poidan levar á práctica. Aquí novamente é fundamental o apoio desde as administracións. Hoxe son as velutinas, mañá pode ser calquera outro elemento que poida afectar aínda máis aos nosos ecosistemas ou incluso á nosa poboación, como determinados mosquitos por dar un exemplo concreto derivado do cambio climático.

Ademais, partimos da base de que os insectos non entenden de fronteiras administrativas nin recoñecen liñas políticas no mapa. As especies, especialmente as invasoras, espállanse libremente seguindo condicións ambientais favorables, sen deter o seu avance por ríos, montañas ou marcos territoriais. Non vale iso de “non me movas os marcos!”. Por iso, para facer fronte de maneira eficaz a pragas e ameazas comúns, é fundamental a colaboración transfronteiriza.

No caso de Galiza e Portugal, compartimos unha contorna natural e climática semellante, o que fai habitual que os mesmos insectos afecten a ambos lados da raia. Sen unha coordinación axeitada, as accións adoptadas nun territorio poden verse limitadas se non se complementan coas do outro. Por exemplo, o control da Vespa Velutina nunha rexión pode resultar inútil se a especie segue a medrar sen control xusto ao outro lado da fronteira.

Establecer mecanismos de cooperación con Portugal, compartir datos, estratexias e boas prácticas non só é unha opción intelixente, senón tamén unha necesidade para protexer conxuntamente os nosos ecosistemas, a agricultura e a saúde pública. A natureza é compartida, e tamén debe selo a resposta.