Basato sulla raccolta costante di dati da varie aree, sull'uso dell'IA, di sensori, satelliti e di altre tecnologie all'avanguardia, questo strumento lanciato dall'Ue aiuterà scienziati e decisiori politici a pianificare soluzioni per la tutela dei nostri mari
L'intelligenza artificiale e altre nuove tecnologie promettono di rivoluzionare la nostra comprensione dell'oceano. L'elemento cruciale sono i dati: ce ne sono una marea da raccogliere ed elaborare. Al largo della costa vicino al Castello di Miramare, a Trieste, delle boe gialle luminose segnalano un osservatorio marino: fa parte della rete di Ricerca ecologica a lungo termine dell'Italia. Dal 1986 gli scienziati vengono qui ogni mese per raccogliere campioni d'acqua ed effettuare varie misurazioni, in modo da avere una serie di dati scientifici a lungo termine che riflettono i cambiamenti dell'ambiente costiero nel corso degli anni.
"Facciamo analisi di tipo chimico - dice Bruno Cataletto, ricercatore dell'Istituto nazionale di Oceanografia e Geofisica sperimentale -. Quindi nutrienti, per esempio salinità e clorofilla, ma anche parametri biologici: raccogliamo campioni di fitoplancton, di micro zooplancton e poi li analizziamo in laboratorio".
Gli scienziati pubblicano i dati raccolti in database online, liberamente accessibili a settori come la pesca. Alcuni di questi includono anche i contributi dei cittadini. La ricercatrice Valentina Tirelli ha sviluppato un'app gratuita, chiamata "avvistAPP", che consente di segnalare avvistamenti di meduse, delfini, tartarughe marine e specie aliene come il granchio blu.
"Le osservazioni, una volta arrivate, vengono validate da noi ricercatori e l'unione dell'osservazione del cittadino e della validazione del ricercatore forma un dato - dice Tirelli -. Questi dati sono liberi, sono dati aperti, presenti nella banca EMODnet Biology, e utilizzabili da tutti".
EMODnet, la Rete europea di osservazione e dati dell'ambiente marino, raccoglie e condivide dati da tutta Europa. L'elaborazione manuale dei campioni, come il conteggio del plancton al microscopio, sta diventando sempre più impegnativa. L'intelligenza artificiale è destinata ad accelerare notevolmente questo processo, ridefinendo ciò che è possibile fare con i database marini.
Fotocamere digitale e IA per identificare il plancton
Dall'Adriatico ci spostiamo al Mare del Nord, in Belgio. Nella stazione marina di Ostenda i ricercatori dell'Istituto marino delle Friandre usano fotocamere digitali e intelligenza artificiale per accelerare l'identificazione del plancton. Bastano 30 minuti per un'attività che tempo richiedeva un'intera giornata in laboratorio.
"Abbiamo modelli di IA addestrati su immagini specifiche che hanno imparato a riconoscere tutte queste specie - dice Rune Lagaisse, ricercatrice dell'Istituto Marino delle Fiandre -. Quindi in pochi minuti possiamo analizzare un campione, ottenere un elenco completo delle specie e risparmiare molto tempo e denaro".
Oggi i dati marini possono essere raccolti digitalmente 24 ore su 24. Siamo saliti a bordo di una nave da ricerca belga per incontrare gli scienziati che gestiscono queste piattaforme subacquee autonome, dotate di vari sensori. Klaas Deneudt è a capo del progetto DTO-BioFlow, finanziato dall'Europa: sviluppa standard comuni per alimentare i database. "Quello che ci serve davvero sono dati continui nel tempo - dice Deneudt -. Dobbiamo davvero tastare il polso dei mari e sapere cosa sta succedendo ogni singolo minuto".
Le boe portano in superficie delle registrazioni acustiche. I ricercatori raccolgono queste registrazioni da varie località del Mare del Nord. Vengono usate, ad esempio, per monitorare la presenza delle focene, piccoli mammiferi marini che svolgono un ruolo cruciale come predatori nell'ecosistema locale.
Questi animali producono suoni non percettibili dall'udito umano, ma gli algoritmi di intelligenza artificiale possono rilevarli nelle registrazioni, consentendo ai ricercatori di mappare i loro movimenti durante l'anno. Questi dati possono aiutare le industrie rumorose, come l'eolico offshore, a pianificare le loro attività per ridurre al minimo i disturbi alle focene marine.
"Durante l'inverno sono per lo più presenti. In estate, invece, sono meno presenti nelle acque belghe - dice Elisabeth Debusschere dell'Istituto Marino delle Fiandre -. Tutto questo è molto interessante: queste informazioni potrebbero aiutare l'industria offshore a pianificare le proprie attività".
Il Gemello digitale dell'oceano, uno strumento per risolvere problemi complessi
In futuro questo flusso continuo di dati convergerà in un progetto innovativo: il Gemello digitale dell'oceano. La sua infrastruttura principale, sviluppata attraverso il progetto EDITO-Infra, finanziato dall'Unione europea, è stata recentemente presentata in occasione di un evento a Bruxelles.
"Il Gemello digitale dell'oceano è una replica digitale dell'oceano - dice Alain Arnaud, responsabile del progetto per Mercator Ocenan International, un'organizzazione no-profit che co-sviluppa il Gemello digitale -. È un luogo in cui è possibile raccogliere tutte le informazioni sull'oceano e renderle disponibili al pubblico, agli scienziati e ai decisori politici".
Integrando vari tipi di dati, questo modello virtuale può diventare un strumento per risolvere problemi complessi. Simon van Gennip di Mercator Ocean International spiega come può essere usato per affrontare l'inquinamento da plastica. "Dagli anni '90 conosciamo tutte le correnti nell'oceano su scala globale, e per ogni giorno - dice van Gennip -. È un tesoro, perché possiamo usarlo per simulare virtualmente il percorso delle le particelle che entrano nell'oceano dalla costa. Possiamo stabilire dov'è una specifica particella di plastica, dove sarà trasportata dalle correnti il giorno successivo, e così via. Alla fine possiamo avere un'idea di come la plastica viene trasportata nell'oceano. Possiamo fare tutto questo grazie al modello e non sulla base di osservazioni che non abbiamo".
Un'altra applicazione, presentata da Kelly Johnson dell'istituto di ricerca tedesco Hereon, si concentra sulla ricerca dei modi più efficaci per ripristinare le praterie di fanerogame. "Quello che stiamo studiando con il Gemello digitale dell'oceano è la capacità di usare i dati per fare delle simulazioni - dice Johnson -. Se le praterie e i letti di fanerogame fossero più grandi - se fossero, per esempio, piantati a determinate profondità - quale sarebbe l'impatto che le praterie di fanerogame potrebbero avere sulla resilienza costiera, sull'altezza delle onde e sull'erosione costiera? Abbiamo già ottenuto alcuni risultati molto interessanti, che mostrano che le fanerogame in effetti hanno un impatto su questi aspetti. È molto importante per noi poterlo verificare".
Il Gemello digitale dell'oceano promette di essere una svolta per i decisori politici: gli permetterà di modellare diversi scenari di utilizzo del mare e di prevederne i risultati prima di prendere decisioni. "Come possiamo utilizzare l'oceano in modo sostenibile? Abbiamo ancora bisogno di pescare, di produrre elettricità dall'energia oceanica, di navigare, di posare i cavi, di sfruttarlo a fini turistici - dice Kestutis Sadauskas, vice direttore per gli Affari Marittimi e la Pesca -. Sarà più economico prendere decisioni corrette, facendo meno errori, grazie a questo modello che anticipa i possibili risultati".
Dai sensori subacquei alle osservazioni satellitari, alle segnalazioni dei cittadini: tutti questi dati confluiranno nel Gemello digitale. "Vogliamo fare un uso sostenibile di questa grande risorsa che chiamiamo oceano - dice Deneudt -. Possiamo farlo solo se collaboriamo con i diversi paesi, mettendo insieme tutti i dati che abbiamo e rendendoli facilmente accessibili".
Una volta lanciato, il Gemello digitale europeo dell'oceano renderà disponibile gratuitamente una grande quantità di dati sull'oceano, offrendo a ricercatori, politici, aziende e cittadini un nuovo strumento per sfruttare l'oceano in modo sostenibile.