Il progetto PANACEA delle Università di Pisa e Firenze svela i suoi risultati, apprestato un sistema multi-robot per il monitoraggio efficace delle praterie di Posidonia oceanica
Dal felice connubio di ingegneria robotica e biologia marina arriva un nuovo strumento per garantire la salute del mare. Il progetto PANACEA (Posidonia monitoring Activities for the conservation of the NAtural Coastal Environment using Autonomous robots) – condotto negli ultimi due anni e mezzo dalle Università di Pisa e Firenze e finanziato dal Ministero dell’Università e Ricerca nell’ambito del programma PRIN (Progetti di Rilevante Interesse Nazionale) 2022 – ha finalmente presentato i suoi risultati, ovvero un sistema multi-robot per l’esplorazione dei fondali ed il monitoraggio di una risorsa fondamentale per la biodiversità marina e la stabilità delle coste, la Posidonia oceanica.
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La Posidonia oceanica
Pianta marina endemica del Mar Mediterraneo, la Posidonia oceanica forma delle fitte praterie sommerse sui fondali – definite pure foreste sottomarine – che rappresentano ecosistemi cruciali per la biodiversità, offrendo rifugio a numerose specie marine sempre più minacciate dall’inquinamento acustico e luminoso e contribuendo alla loro riproduzione e sopravvivenza.
In sintesi siamo in presenza di un vero e proprio tesoro per il Mare Nostrum e di un indicatore chiave della qualità ambientale dei fondali costieri, “le praterie che forma rappresentano habitat ad alta biodiversità, fungono da serbatoi di carbonio, attenuano l’energia del moto ondoso e svolgono un ruolo cruciale nella stabilizzazione dei sedimenti. Nell’Arcipelago Toscano – in particolare presso l’Isola d’Elba, Capraia e Giannutri – la Posidonia è presente in formazioni più o meno estese, spesso minacciate da pressione antropica crescente, come traffico nautico, ancoraggi e scarichi non controllati. Per garantire una gestione efficace e sostenibile di queste praterie, è fondamentale monitorarne lo stato di salute in modo regolare, accurato e su scala spaziale significativa”, comunica il dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa, coinvolto nel progetto.
Questa preziosa pianta marina riesce a catturare grandi quantità di anidride carbonica grazie alla fotosintesi, dando così un contributo fondamentale all’equilibrio del ciclo del carbonio, alla riduzione dell’effetto serra ed alla mitigazione dei cambiamenti climatici. Le radici di Posidonia stabilizzano i sedimenti ed aiutano a prevenire l’erosione costiera, rendendo le coste meno sensibili a sbalzi e smottamenti, mentre le foglie svolgono una preziosa funzione di filtraggio, migliorando notevolmente la qualità dell’acqua marina.
Perfino tale tesoro sottomarino è però fortemente minacciato oggi dagli effetti del cambiamento climatico e dalle attività antropiche: lo sviluppo delle infrastrutture costiere e l’eccesso di urbanizzazione; l’inquinamento dovuto agli scarichi di sostanze chimiche, agli oli provenienti dalle imbarcazioni e dalle attività industriali ed alla diffusione di plastica ed altri rifiuti in mare; l’overtourism con il boom delle attività di diporto ed il fenomeno dell’ancoraggio non regolamentato; la pesca intensiva ed altri fattori stanno mettendo a rischio la sopravvivenza della Posidonia oceanica.
“Per proteggere questa preziosa specie, sono stati adottati vari strumenti di tutela a livello internazionale, nazionale e locale. La Posidonia oceanica è inserita tra le specie protette nella Convenzione di Barcellona e in numerosi piani di gestione delle aree marine protette mediterranee. Le azioni di conservazione includono il monitoraggio delle praterie, la creazione di zone marine protette, il regolamento delle attività umane e campagne di sensibilizzazione. È fondamentale promuovere pratiche di turismo sostenibile, limitare le attività di pesca dannose e sensibilizzare le comunità locali sull’importanza di questa preziosa pianta marina”, commenta Ambiente Mare Italia.
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Il progetto
Tutte le strategie di conservazione della Posidonia oceanica si basano sul monitoraggio efficace delle sue praterie, affidato in questo progetto alla sinergia operativa tra biologi marini e ingegneri.
“I biologi forniscono le competenze necessarie per interpretare indicatori ecologici quali densità di fasci, morfologia delle foglie, presenza di specie associate. Questi parametri sono fondamentali per valutare lo stato ecologico della prateria. Tuttavia, il monitoraggio tradizionale tramite rilievi subacquei manuali comporta limiti evidenti: è costoso, richiede tempi lunghi e può coprire solo porzioni limitate del fondale. È in questo contesto che la collaborazione con l’ingegneria diventa strategica. Gli ingegneri, infatti, progettano e sviluppano tecnologie in grado di acquisire dati in maniera efficiente: droni subacquei dotati di videocamere e sonar, sensori di qualità dell’acqua, sistemi GPS subacquei e piattaforme per la georeferenziazione dei rilievi”, spiegano gli ideatori del progetto PANACEA.
L’utilizzo degli algoritmi di intelligenza artificiale ha consentito di automatizzare l’analisi delle immagini e di distinguere con elevata accuratezza la presenza sui fondali di Posidonia, sabbia o substrati rocciosi. Tale automazione è stata testata nei fondali attorno a Cecina e Livorno ed ha consentito di ridurre notevolmente i tempi per l’elaborazione dei dati rispetto ai tradizionali metodi manuali. “L’integrazione tra conoscenza ecologica e capacità tecnologica consente infatti di produrre mappe dettagliate, confrontabili nel tempo e utili per decisioni gestionali basate su dati oggettivi. Solo attraverso una collaborazione strutturata tra discipline diverse – ma complementari – possiamo proteggere efficacemente un ecosistema prezioso come quello delle praterie di Posidonia oceanica dell’Arcipelago Toscano”, commenta il dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa.
I risultati del progetto PANACEA
Il progetto PANACEA si è distinto per l’utilizzo di un sistema multi-robot basato su robot subacquei e di superficie, al fine di consentire un monitoraggio più preciso, ampio e sicuro che ha permesso di svincolarsi dalle immersioni subacquee, molto spesso costose, dai tempi lunghi, non esenti da pericoli e incapaci di analizzare ampi tratti di fondale sottomarino.
La soluzione robotica presenta dunque notevoli vantaggi, come sottolineato dagli stessi ricercatori di PANACEA, quali la precisione dei rilievi, la semplicità di utilizzo, i bassi costi di gestione e la possibilità di replicare i percorsi a distanza di tempo. La sperimentazione è avvenuta in acqua dolce e nei fondali marini tra Cecina e Livorno, dove gli stessi ricercatori hanno testato una squadra di robot intelligenti capaci di comunicare tra di loro, ovvero il drone subacqueo Zeno dell’Università di Pisa ed il veicolo di superficie FeelHippo dell’Università di Firenze.
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I robot riescono a seguire il limite della prateria di Posidonia in completa autonomia e raccolgono immagini ottiche e acustiche dei fondali, elaborate poi da algoritmi di intelligenza artificiale direttamente a bordo del robot. Grazie proprio a questi algoritmi di intelligenza artificiale per il riconoscimento del fondale, “i robot hanno imparato a distinguere fondale sabbioso, roccioso, presenza di Posidonia oceanica viva e Posidonia oceanica morta”, spiega Riccardo Costanzi, docente di robotica all’Università di Pisa.
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Vista poi l’impossibilità di utilizzare sott’acqua il GPS, il progetto PANACEA ha fatto ricorso ad “un sistema robotico innovativo basato sulla cooperazione tra un veicolo subacqueo autonomo e un veicolo di superficie”, ribatte Alessandro Ridolfi, docente di robotica all’Università di Firenze, che ha sottolineato come il primo serva a raccogliere dati sulla Posidonia, mentre il secondo a mantenere attivo un canale di comunicazione acustica, “in questo modo è possibile localizzare con precisione il veicolo subacqueo e visualizzare le elaborazioni su un’interfaccia grafica di un computer a terra”.
Tale sistema consente all’operatore di monitorare praticamente in tempo quasi reale l’andamento della missione e lo stato dell’ambiente osservato, senza dover gestire direttamente il veicolo. In conclusione, il sistema escogitato dai ricercatori delle due Università toscane rappresenta un perfetto esempio di sinergia fra ingegneria robotica e biologia marina, un’infrastruttura completa e integrata che permettere di compiere un balzo in avanti nel monitoraggio e nella tutela di una risorsa cruciale per la salute del nostro mare, l’affascinante e vitale Posidonia oceanica.
[Credits foto: Università di Pisa, unipi.it]
