RoboticaRobotica Marina: Presentazioni e Dimostrazioni interattive

Poster ed esposizione

Gabriele Ferri (CMRE): Introduzione alla robotica marina e casi di applicazione

Introduzione alla robotica marina e casi di applicazione L’importanza del mare per la vita e la prosperita’ dell’essere umano e’ cruciale.  I mari inglobano il 99% della biosfera, regolano la temperature della Terra, ci forniscono ossigeno, cibo, acqua potabile, energia, materie prime e farmaci. Le attivita’ umane si basano profondamente sugli ambienti marini. Ad esempio, piu’ dell’80% delle merci viaggia su vie marittime, mentre le attivita’ di raccolta di energia si stanno spostando sempre piu’ in scenari marini, dall’estrazione di gas e petrolio, ai nuovi parchi eolici che si stanno costruendo lungo le coste. La robotica e le nuove tecnologie possono aprire nuovi orizzonti e possibilita’ nell’esplorazione, nel monitoraggio e nella conduzione delle operazioni in mare. I robot possono complementare i mezzi tradizionali, tipicamente basati su operazioni svolte da navi, offrendo un incremento della risoluzione spaziale e temporale delle missioni di monitoraggio, e una maggiore persistenza. Rendono inoltre possibile operare in scenari pericolosi o impraticabili per i sommozzatori. Presenteremo le ragioni dell’uso dei robot in applicazioni marine e le potenzialita’ che offrono,  descrivendo le caratteristiche che li rendono estremamente interessanti. Dopo aver presentato alcuni esempi del loro utilizzo, analizzeremo le grandi sfide da vincere per un uso diffuso nei mari delle nuove tecnologie. Lo scenario sottomarino e’ infatti estremamente difficile per le operazioni dei robot a causa di ragioni ingegneristiche, scientifiche ed operative. In particolare, l’ambiente sottomarino e’ caratterizzato da severe limitazioni sulla quantita’ di informazione e sulla distanza ottenibile nella comunicazione (che sfrutta tipicamente onde acustiche); dall’impossibilita’ dell’uso del GPS che crea problemi alla navigazione e dall’impraticabilita’ di usare un motore a combustione sottacqua che limita drasticamente la durata delle missioni.  I sempre maggiori risultati della Rivoluzione Digitale in corso possono aiutare a vincere queste sfide per creare una nuova generazione di robot piu’ efficaci ed efficienti, piu’ cooperativi e semplici da utilizzare, in grado di rivoluzionare il modo in cui monitoriamo e capiamo gli oceani. 

Andrea Caiti/ Riccardo Costanzi (UNIPI): Esplorare i fondali marini in sicurezza: robot amici dell’ambiente e dell’essere umano

Il Pianeta Blu costituito dai fondali oceanici e dalla colonna di acqua che li separa dalla superficie è per la maggior parte sconosciuto. Questo principalmente perché, come per lo Spazio, si tratta di un ambiente non naturale per l’essere umano e che pone grandi sfide oltre a rischi. D’altra parte conoscere questo elemento è sempre più importante sia per uno sfruttamento sostenibile delle risorse di cui è ricco, sia per preservare la biodiversità che lo abita. Oltre all’esplorazione di nuovi fondali, il monitoraggio periodico di quelli meno profondi e, quindi, più conosciuti è un’attività che l’essere umano deve condurre abitualmente per la verifica dello stato di salute delle nostre acque e l’eventuale individuazione di situazioni critiche che necessitino contromisure. Tali attività ad oggi sono condotte, per la maggior parte, da operatori subacquei esperti sempre con un, per quanto minimo, conseguente grado di rischio associato.  La robotica subacquea, grazie agli sviluppi degli ultimi anni, è uno strumento che promette di allargare l’orizzonte di conoscenza sul Pianeta Blu garantendo al contempo la sicurezza dell’essere umano. L’operatore umano giocherà comunque un ruolo chiave nell’attività di esplorazione, in quanto alcune capacità peculiari non possono certo essere rimpiazzate dalla tecnologia; interagirà pertanto con il sistema robotico da una posizione sicura – fuori dall’acqua – interpretando alcune informazioni fornite dai robot e impostando conseguentemente variazioni della missione eseguita dal robot stesso. Uno dei limiti a questa necessaria interazione è rappresentata dalle capacità di comunicazione estremamente limitate che possono aver luogo in ambiente sommerso. Onde acustiche vengono utilizzate per lo scambio di dati, ma le prestazioni ottenibili sono di molto inferiori a quello a cui siamo abituati in aria. I robot quindi devono aver uno spinto grado di capacità autonome, inteso come la capacità di “cavarsela da soli” reagendo a ciò che li circonda e che possono percepire grazie ai sensori di bordo ed interpretare tramite algoritmi di intelligenza artificiale.

Benedetto Allotta (UNIFI): Droni subacquei mutanti: una nuova frontiera

I droni subacquei vengono attualmente progettati sulla base delle esigenze operative, e sono di due famiglie diverse perché devono soddisfare requisiti che sono decisamente contrastanti:

•       eseguire rilievi su ampie aree di fondale o di colonna d’acqua utilizzando in modo efficiente l’energia disponibile a bordo;
•       eseguire l’ispezione ravvicinata di infrastrutture sommerse o addirittura intervento.

•       l'hovering con una buona precisione di posizione/orientamento; 
•       la mobilità in qualsiasi "direzione'' reiettando efficacemente le perturbazioni legate alla corrente e al movimento verticale dell'acqua dovuto alle onde se il veicolo si trova vicino alla superficie.

Dimostrazioni Interattive

Valeria Croce, Domingo Belcari, Jonathan Tempesti (UNIPI): Progetto SUB-IA: il Relitto del Melania (secche di Vada), studio multidisciplinare con applicazioni di ingegneria civile, archeologia subacquea e biologia marina

L'obiettivo di questo gruppo di lavoro è investigare il patrimonio culturale subacqueo attraverso la combinazione di diversi ambiti di ricerca che vanno dall'ecologia marina all'ingegneria civile e all'archeologia subacquea. Presenteremo il lavoro eseguito per lo studio del relitto del "Melania", motonave naufragata nei pressi delle secche di Vada (LI) il 9 febbraio 1970 e attualmente situata a una profondità di circa 10 m. Lo studio del relitto è parte di una ricerca interdisciplinare mirata a migliorare l'interpretazione, la condivisione digitale e la documentazione del patrimonio archeologico subacqueo e della biodiversità marina locale. La storia della motonave Melania verrà presentata innanzi tutto confrontando le informazioni relative alla storia dell'affondamento, alle compagnie di navigazione per cui ha prestato servizio, alle principali rotte e agli eventi relativi al naufragio con i dati ottenuti dalle fonti d'archivio. Verranno forniti approfondimenti sullo stato di conservazione del relitto e sulle sue alterazioni post-deposizionali del fondale marino, sull'elaborazione dei rilievi subacquei per la ricostruzione di modelli tridimensionali mediante tecniche fotogrammetriche, a partire da un insieme di immagini acquisite appositamente sul sito di affondamento. Il progetto integra conoscenze storiche, archeologiche ed ecologiche per fornire una comprensione completa del relitto Melania e del suo impatto sull'ecosistema marino, aprendo la strada alla combinazione con tecniche di Intelligenza Artificiale per il riconoscimento e la descrizione del patrimonio subacqueo, al fine di trasformare il modello 3D in uno strumento versatile per la raccolta e la conservazione di dati storici, archeologici e biologici relativi ai relitti.

Gianluca Manduca (SSSA): Robotica biomimetica al servizio degli ambienti marini

I robot subacquei ispirati alla natura dimostrano capacità di movimento efficienti ed agili, specialmente in ambienti acquatici complessi, riducendo al minimo le perturbazioni agli ecosistemi marini durante compiti di esplorazione e ispezione. Questi robot hanno il potenziale di migliorare le condizioni nell'acquacoltura e contribuire agli sforzi di conservazione degli ambienti marini. La biomimetica e la fedele riproduzione della locomozione dei pesci rappresentano un'area complessa ma promettente per lo sviluppo di soluzioni meno invasive ed altamente efficienti, riducendo il consumo complessivo di energia e minimizzando l'impatto ambientale. Sfruttando sistemi di trasmissione magnetica, è possibile emulare i pattern di contrazione e rilassamento osservati nelle code laterali dei pesci, ottenendo ciò che è noto come "traveling wave". Gli aspetti di controllo in questi artefatti robotici si allineano con i principi della bioispirazione, attingendo dai circuiti neurali, che governano attività ritmiche sia nei vertebrati che negli invertebrati e arricchendo ulteriormente la sfida e il fascino che circondano questo campo. L’impiego di queste soluzioni bioispirate in larga scala permette la realizzazione di sistemi multi-agente in grado di sfruttare la swarm intelligence, ossia la capacità di coordinare e adattarsi collettivamente all'ambiente circostante, migliorando l'efficienza complessiva delle operazioni e consentendo l'esplorazione e la mappatura dettagliata di vasti territori marini. Questi robot, ispirati alla natura e capaci di coordinarsi attraverso la swarm intelligence, promettono di rivoluzionare l'esplorazione subacquea e contribuire alla conservazione dell'ambiente marino. Il continuo sviluppo e l'implementazione di tali tecnologie sono fondamentali per garantire una gestione sostenibile delle risorse marine e promuovere la comprensione e la tutela dei nostri mari e degli oceani.