Robotica per l’ambiente sottomarino: la ricerca scandaglia gli abissi

Scienziati e startup hanno di recente messo a punto sistemi robotici in grado di muoversi negli abissi per aiutare a conoscere e a mappare le profondità dell’oceano. La loro conoscenza è fondamentale per la stessa vita dell’uomo.

TAKEAWAY

  • Si conosce poco delle profondità dell’oceano: meno del 20% del fondo dell’oceano è stato mappato.
  • Conoscere gli abissi marini e mappare i fondali oceanici è utile per comprendere i modelli di circolazione oceanica, fondamentali per la stessa vita umana.
  • La ricerca lavora alla messa a punto di sistemi di robotica per l’ambiente sottomarino in quanto sono soluzioni più snelle, efficaci e più economiche.

La ricerca lavora a realizzare sistemi di robotica per l’ambiente sottomarino e gli abissi marini che sono per lo più sconosciuti, ma fondamentali per le sorti della nostra esistenza. Meno del 20% del fondo dell’oceano è stato mappato, ricorda il team del progetto Seabed 2030 a cura di Nippon Foundation-GEBCO, istituito per mappare l’intero fondale oceanico entro il 2030. Si conoscono meglio le superfici di Luna e di Marte rispetto alle profondità dell’oceano.

Eppure, avere informazioni dettagliate sulla forma del fondale marino è prezioso per comprendere i modelli di circolazione oceanica. Essi influenzano il clima e i modelli meteorologici, le maree, l’azione delle onde, il trasporto dei sedimenti, la propagazione delle onde degli tsunami e i potenziali rischi geologici sottomarini.

Persino a livello energetico, i nostri oceani possono giocare un ruolo determinante: essi infatti sono essenziali per convertire l’energia delle onde, che utilizza il movimento ascendente delle onde per generare energia elettrica.

Nelle profondità marine sono presenti oltre 1,1 milioni di chilometri di cavi sottomarini, fondamentali per i collegamenti internet. Da qui nasce la necessità di conoscere l’oceano in tutta la sua interezza, a partire dai suoi abissi. In questo senso, dove l’uomo fatica a poter arrivare, possono farlo robot, veicoli autonomi intelligenti e un giorno anche droni.

Robotica per l’ambiente sottomarino: la NASA presenta Orpheus

La ricerca è chiamata a fornire un prezioso contributo sotto forma di mezzi tecnologici in grado di sopportare condizioni altrimenti impensabili. Basti considerare alla sola pressione: il batiscafo Trieste nel 1960 a circa 6mila metri di profondità, rilevò che essa era pari a una tonnellata per centimetro quadrato, quasi mille volte il valore misurato in superficie.

C’è poi da considerare le basse temperature e le condizioni di oscurità: la radiazione solare è assorbita al 99% nei primi 100-150 metri.

Tutte queste condizioni richiedono particolare accuratezza nel realizzare mezzi di immersione. Ciò consegue mezzi di difficile progettazione, produzione e trasporto in quanto ingombranti, oltre che costosi e poco maneggevoli. Così la scelta cade sui sistemi di robotica per l’ambiente sottomarino. 

Uno dei più recenti, presentato pochi giorni fa, si chiama Orpheus. Si tratta di un mini-sottomarino costruito dal Woods Hole Oceanographic Institution in Massachusetts che si basa sul software di navigazione autonoma sviluppato dal Jet Propulsion Laboratory della NASA in California.

È lo stesso impiegato per il rover Mars Perseverance e per l’elicottero Ingenuity. Infatti, per navigare in condizioni di totale oscurità e in condizioni pressoché sconosciute, Orpheus si affiderà alla tecnologia Terrain Relative Navigation, sviluppata dalla agenzia spaziale statunitense per la missione su Marte.

Il sistema TRN è il frutto dell’evoluzione tecnologica nell’esplorazione spaziale, che mediante sensori, algoritmi e computer di bordo può sostituire e persino superare la capacità umana di navigare e consentire atterraggi sicuri nello spazio.

Abbinando i dati dei sensori di bordo a una mappa dell’area di atterraggio, il sistema Terrain Relative Navigation fornisce una posizione relativa alla mappa che può essere utilizzata per puntare con precisione a specifici punti di atterraggio sulla superficie ed evitare i pericoli. Questo sarà prezioso per sondare le lune di Giove e di Saturno e i loro oceani, dove potrebbero essere presenti materiali da scoprire e da studiare. Intanto però TRN aiuterà a scoprire gli abissi marini. 

Soft robotica nella Fossa delle Marianne: il pesce robot

Prendere spunto dalla natura per creare una tecnologia robotica per l’ambiente sottomarino: da qui nasce l’idea che ha portato un team di scienziati della cinese Zhejiang University a realizzare una soluzione tecnologica progettata per resistere alle pressioni estreme dell’oceano, tanto da riuscire a reggerle.

Tutto nasce dal filone della soft robotica da cui trae spunto la soluzione composta da materiali morbidi la cui forma è simile a quella di un pesce. È strutturato su un telaio elastico al quale sono attaccate due sottili pinne laterali e sul quale sono collegati speciali muscoli artificiali realizzati con materiali in grado di convertire l’energia elettrica in lavoro meccanico, e sono attaccati alle pinne.

Una delle sfide affrontate dal team di ricerca era trovare un modo per proteggere i componenti elettronici del robot dalle alte pressioni. La biomimetica gioca qui un ruolo importante: infatti, si è presa ispirazione dalle ossa del cranio del pesce lumaca delle Marianne, il pesce che vive più in profondità.

Gli scienziati cinesi hanno prima testato la capacità di nuoto del robot in laboratorio, poi in un lago a 70 metri di profondità, dove ha nuotato liberamente e infine nel Mar Cinese Meridionale a -3.200 metri. Il test più impegnativo è stato nella Fossa delle Marianne,  la più profonda depressione oceanica conosciuta al mondo, localizzata nella zona nord-ovest dell’Oceano Pacifico a est delle isole Marianne, tra Giappone, Filippine e Nuova Guinea.

Un’attenta progettazione del materiale elastomero dielettrico usato per le pinne oscillanti del robot ha permesso al robot di essere azionato con successo in un test sul campo a una profondità di 10.900 metri.

Ecco le immagini del pesce-robot che scende fino alla Fossa delle Marianne, dove la pressione dell’acqua è pari al peso di 50 jumbo jet sulla schiena.

L’intelligenza artificiale mappa gli abissi del mare

L’intelligenza artificiale è uno degli elementi fondamentali anche nella realizzazione di una tecnologia sommergibile robotica per l’ambiente sottomarino, anzi per mappare i fondali marini.

Su questo sta lavorando una startup statunitense: su un veicolo che impiega tecniche di Machine Learning per raccogliere ed elaborare dati delle profondità marine mediante un veicolo autonomo, che lavora in parallelo con un mezzo più in superficie.

Durante le operazioni in mare, il mezzo superiore fornisce i presupposti per la raccolta di dati, le comunicazioni e l’assistenza alla navigazione, mentre il mezzo sommerso conduce la sua missione. Il veicolo impiega un sistema di propulsione ibrida, contando anche su batterie al litio. Progettato per arrivare a -1000metri, si sta lavorando a -3000m, il robot autonomo subacqueo intelligente è pensato per stare in acqua per molti giorni.

La visione finale è completare ciò che ha avviato l’iniziativa Google Earth. Oggi si hanno mappe ad altissima risoluzione dell’ambiente terrestre, ma non ce ne sono di altrettanto buone dell’oceano. Così questo robot autonomo potrà contribuire a migliorare le conoscenze del mondo subacqueo.

Impatti e prospettive della robotica per l’ambiente sottomarino

Il contributo della tecnologia robotica per l’ambiente sottomarino è davvero prezioso e il suo impatto va ben al di là di una semplice mappatura geografica. Nippon Foundation-GEBCO ricorda che la mappatura dei fondali marini è vitale per la sicurezza e la salute economica degli stati nazionali.

Aggiungiamoci inoltre il valore enorme della “Blue Economy”. Ricorda la World Bank che essa fornisce cibo, lavoro, acqua ed è una fonte di crescita economica. Secondo una stima, genera 3-6mila miliardi di dollari all’economia mondiale. “Se fosse un paese, l’economia oceanica sarebbe la settima più grande del mondo”.

Tralasciamo al momento le potenzialità economiche che possono riservare i fondali oceanici sotto forma di metalli e minerali preziosi per una svariata gamma di applicazioni. Su questo tema è aperto un dibattito per comprendere gli effetti, i benefici e gli impatti.

La ricerca che lavora sulla realizzazione di robot suboceanici punta invece a scoprire e comprendere meglio una parte del nostro pianeta per lo più sconosciuta come sono gli abissi marini.

Gli oceani sono molto promettenti persino per mettere a punto nuovi farmaci salvavita, come i trattamenti per il cancro e gli antibiotici. Su questo operava, per esempio, il progetto europeo PharmaSea: raccogliere e vagliare campioni biologici utilizzando attrezzature per il campionamento in mare profondo, la scansione del genoma, l’informatica chimica e il data-mining.

Chissà che, allora i robot non possano concorrere ad aiutarci a trarre dal mare elementi utili, ma concorrere anche a tutelarlo nel modo più attento possibile.

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Andrea Ballocchi
Giornalista specializzato in tecnologia, focalizzato su temi che riguardano l'Internet of Things e le tecnologie emergenti che hanno un impatto significativo sulla vita quotidiana e su quella futura. Oltre alla tecnologia si occupa anche di temi legati alla sostenibilità ambientale e non solo (edilizia, architettura, design...)
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