Home Notizie recenti Il veicolo di superficie senza equipaggio rende lo studio dell’oceano facile e...

Il veicolo di superficie senza equipaggio rende lo studio dell’oceano facile e conveniente

23
0

Artur Zolich è un post-dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Cibernetica di NTNU. Lui e i collaboratori del Dipartimento di Biologia hanno sviluppato un campionatore d’acqua robotizzato che hanno chiamato “Pamela”. Credito: NTNU

“Pamela” è un veicolo di superficie senza equipaggio (USV) sviluppato come idea imprenditoriale presso l’Università norvegese di scienza e tecnologia (NTNU) per il campionamento di una varietà di particelle di acqua superficiale, dalla microplastica al plancton ai pidocchi del salmone. L’USV è uno sforzo congiunto di un team interdisciplinare: Andrea Faltynkova, dottorando presso il Dipartimento di Biologia, e Artur Zolich, post-dottorato presso il Dipartimento di Ingegneria Cibernetica.

Faltynkova studia le microplastiche nell’oceano. Le microplastiche sono frammenti di plastica più piccoli di 5 mm, che sono all’incirca le dimensioni dell’estremità di una matita. Mentre i ricercatori sanno che le microplastiche possono avere effetti negativi sugli organismi marini o d’acqua dolce, si sa meno su come influiscono sulla salute umana. Ma studiare le microplastiche è una sfida a causa della natura della sostanza stessa, dice.

“Le microplastiche sono così eterogenee. È un gruppo di particelle molto ampio e diversificato. Non solo, ma sono distribuite in modo molto non uniforme. La microplastica non è come gli altri inquinanti disciolti che possono essere rilevati anche in piccole quantità di acqua o suolo. Se vai e prendi un litro dal mare e non c’è plastica dentro, puoi concludere che non c’è plastica nel mare?” lei chiese.

“Le persone escono con una barca e provano alcune volte, quindi cercano di trarre conclusioni in base a quanta plastica hanno raccolto. Ma non abbiamo davvero idea di sapere quanto sia buona quella stima”. Questo è ciò che rende il veicolo, che è un po’ più grande di un robot aspirapolvere, un progresso particolarmente gradito nel campionamento della microplastica.

Semplicità e velocità

Il principale progetto di ricerca di Faltynkova consiste nell’adattare e sviluppare una tecnica chiamata imaging iperspettrale per identificare e contare la microplastica. L’imaging iperspettrale è una tecnologia sviluppata a metà degli anni ’80 per studiare la Terra dagli aerei o dallo spazio. Ora è ampiamente utilizzato in tutto, dallo studio dei relitti sottomarini all’identificazione di diversi tipi di tessuti umani.

Questo tipo di imaging viene utilizzato anche dall’industria del riciclaggio per separare la plastica, rendendolo uno strumento perfetto per studiare la microplastica.

Questo nuovo metodo enfatizza la semplicità e la velocità; tutto ciò che Faltynkova deve fare è scattare una foto dei suoi campioni usando una fotocamera iperspettrale. Il resto del lavoro viene svolto dal modello al computer che ha costruito per elaborare le immagini. Il cluster di elaborazione IDUN presso NTNU le consente di elaborare rapidamente grandi quantità di dati per determinare quali tipi di plastica sono stati raccolti nel campione.

Ma poi c’è il problema di raccogliere abbastanza campioni dall’oceano in modo che possa dire qualcosa di significativo su ciò che ha trovato.

Entra Pamela.

Il veicolo di superficie senza equipaggio rende lo studio dell'oceano facile e conveniente

“Pamela”, il veicolo di superficie senza equipaggio, prende il nome dai suoi due carri Baywatch arancione brillante, resi famosi dalla star del cinema Pamela Anderson. Credito: NTNU

Accoppiamento analisi veloce con campionamento veloce

La maggior parte del campionamento delle microplastiche richiede il traino di una rete dietro una barca a una velocità molto bassa, che è sia costosa che dispendiosa in termini di tempo.

L’uso da parte di Faltynkova di una fotocamera iperspettrale per catalogare diversi tipi di plastica in modo rapido ed efficiente dai suoi campioni significa che può studiare molti campioni. Il basso costo e la capacità di Pamela di lavorare in modo indipendente significano che Faltynkova può usarlo per raccogliere più campioni rapidamente.

“Quello che sto cercando di fare è abilitare un’analisi rapida (con l’imaging iperspettrale), abbinata a un metodo che consente un campionamento rapido”, ha affermato. “Questo insieme è ciò che aumenterà davvero la capacità complessiva per noi di mappare e monitorare efficacemente l’inquinamento da plastica”.

Pamela, sostenuta dai suoi due grandi galleggianti arancioni, proprio come quelli della popolare serie TV Baywatch, può percorrere un percorso preprogrammato senza la necessità che un ricercatore segua o supervisioni il veicolo mentre fa il suo lavoro, dice Zolich, chi ha inventato il robot

La collaborazione tra Faltynkova e Zolich è stata avviata dal biologo della NTNU Geir Johnsen ed è stata supportata da Tor Arne Johansen del Dipartimento di Ingegneria Cibernetica. Johnsen e Johansen sono entrambi scienziati chiave presso il Center for Autonomous Marine Operations and Systems (AMOS).

Innovazione per la risoluzione dei problemi

“Mi piace costruire cose che risolvano un problema”, dice Zolich, che ha lavorato per diversi anni nel settore prima di tornare al mondo accademico per fare un dottorato di ricerca e poi un post-dottorato.

Il problema da risolvere, in questo caso, è stato aiutare Faltynkova con il suo prelievo di microplastiche.

Pamela è progettata in base alle esigenze degli utenti della vita reale e continua ad evolversi in risposta al feedback dei primi utenti. La sua architettura di sistema avanzata utilizza, ove possibile, componenti COTS (commercial-off-the-shelf) convenienti, di livello consumer e utilizza componenti di prototipazione rapida per parti personalizzate. La combinazione rende il robot comodo da usare e facile da migliorare.

Il veicolo di superficie senza equipaggio rende lo studio dell'oceano facile e conveniente

Ecco un esempio del tipo di cose che la rete di Pamela può raccogliere. Il materiale biologico può essere lavato via, lasciando microplastiche che possono quindi essere fotografate utilizzando una fotocamera iperspettrale. Credito: Andrea Faltkynova/NTNU

“Questo veicolo è molto modulare”, ha detto Zolich. “Può essere specializzato in molti modi. Immagino che diventi più specializzato in base a ciò che i ricercatori vogliono campionare”.

Tra gli altri vantaggi del veicolo vi sono il fatto che può essere azionato indipendentemente da una barca o dalla riva, il che significa che non c’è scia della barca che influisca sulla sua capacità di raccogliere campioni d’acqua. Pamela può essere facilmente utilizzata dai ricercatori che viaggiano in località remote. Si adatta al bagaglio da stiva, le sue batterie possono essere trasportate su un aereo, quindi i ricercatori non devono preoccuparsi di spedire il campionatore in anticipo.

Il robot è stato sviluppato con una sovvenzione per l’innovazione Discovery di 200.000 NOK dal Technology Transfer Office di NTNU. Negli ultimi 6 mesi Zolich e Faltynkova hanno lavorato con un team di TTO per studiare il potenziale di mercato dell’USV, le questioni relative alla proprietà intellettuale, la progettazione di robot e le future strategie aziendali.

Diversificare le applicazioni e l’interesse internazionale

Quando i colleghi di biologia marina della Faltynkova hanno visto Pamela, hanno subito iniziato a chiedersi se poteva essere adattata al loro lavoro. Usa il veicolo robotico per trainare una specie di rete comunemente usata dai biologi, chiamata rete per plancton, per raccogliere campioni di acqua superficiale per microplastiche.

“Solo durante le conversazioni con i colleghi, erano tipo, ‘Ehi, anch’io uso le reti per il plancton. Posso usarlo per i pidocchi del salmone? Posso usarlo per il campionamento del fitoplancton? Posso usarlo per lo zooplancton?’ Questa era una delle cose che non ci aspettavamo davvero”, ha detto.

Il robot è stato presentato ufficialmente a un pubblico più ampio al 9° Simposio norvegese di tossicologia ambientale e a un seminario per ricercatori di microplastiche ad Atene, in Grecia. I ricercatori sono stati contattati anche da gruppi internazionali, tra cui l’ONG olandese The Ocean Cleanup e il California State Water Resources Board.

Pamela è attualmente in fase di test per campionare i pidocchi di salmone come parte di uno studio più ampio condotto da NTNU e ricercatori dell’Istituto norvegese di ricerca sulla natura. I ricercatori, tra cui il professor Bengt Finstad e il dottorando Nathan Mertz, hanno sviluppato un campionatore passivo per osservare le concentrazioni di larve di pidocchi di salmone, che è lo stadio in cui si diffondono maggiormente. Zolich ha spostato la posizione della rete di campionamento su Pamela in modo che possa assaggiare anche i pidocchi di salmone. Ora è in fase di test insieme ai campionatori passivi.

“Vediamo che il nostro robot può ridurre notevolmente i costi di campionamento sul campo e migliorare la qualità della ricerca con più campioni”, ha affermato Zolich. “Siamo molto aperti ad espandere la nostra rete di collaborazione e stiamo attivamente cercando ricercatori e istituzioni che vorrebbero provare il nostro robot nel loro lavoro”.


Articolo precedenteDalla Mecca al Vaticano, esplorando i luoghi sacri con la realtà virtuale
Articolo successivoCosa dovresti sapere sul vaiolo delle scimmie