Monitoring of marine animais - development and testing of an oximetry and heartbeat sensor

Abstract

A monitorização marinha tem se tornado bastante popular, com muitas instituições a usar “tags”, dispositivos invasivos ou não-invasivos que são implantados em animais para monitorizar alguns parâmetros, usualmente relativos ao seu meio circundante, como a temperatura e a pressão da água, a sua localização, etc. Estes dispositivos são importantes, no entanto, são maioritariamente usados para monitorização de movimento e ainda existem muito poucos meios de monitorizar o que se está a passar dentro dos corpos durante algo como um mergulho profundo, durante caças ou para apenas verificar se o espécimen está saudável. Esta dissertação representa uma tentativa de replicar a tecnologia que é mais comumente utilizada para a medição de saturação de oxigénio e ritmo cardíaco em humanos, adaptá-la e aplicá-la em animais marinhos. O método denomina-se Oximetria de Pulso. Dois dispositivos desenvolvidos com a medição de oximetria de pulso em humanos em mente foram escolhidos, o MAX30100 e o MAX30110 da MAXIM Integrated. Foram analisados, estudados e testados in vivo num animal marinho (Raia Curva), o que deu um vislumbre de como se deve abordar o desenvolvimento de um oxímetro de pulso completo, pequeno, de baixo consumo, versátil para poder ser aplicado na maioria dos animais marinhos e capaz de ser integrado num sistema de monitorização. Os testes realizados em ambiente controlado revelaram resultados promissores relativamente ao uso desta tecnologia em animais marinhos, sem haver a necessidade de grandes adaptações, mas também demonstrou que o verdadeiro desafio é aplicá-la de tal forma que os resultados sejam viáveis.

Marine monitoring has become quite popular with lots of institutions using tags, invasive or non-invasive devices that are attached to animals to monitor certain parameters, usually of their surrounding mean, like water temperature, water pressure, their location, etc. These devices are important, however, they are mostly used for motion tracking and there are still very few means of monitoring what’s going on inside of their bodies during somethings like deep dives, when they hunt or even if they are in a healthy condition. This dissertation represents an attempt to replicate the technology that is most commonly used for oxygen saturation and heart rate measurement on humans, adapt it and apply it on marine animals. This method is called Pulse Oximetry. Two devices developed for pulse oximetry measuring on humans were chosen, the MAX30100 and MAX30110, from MAXIM Integrated. They were analysed, studied, and tested in vivo on a marine animal (Undulate Ray), which gave an insight on how to approach the development of a small, non-invasive and low-power complete pulse oximeter, versatile so it can be applied in most marine animals and capable of being integrated in a monitoring system. The tests carried out in a controlled environment showed promising results about the use of this technology on marine animals without any major adaptation, but also showed that applying it in such a way that the results are viable is the real challenge.