Il progetto Sunrise: l’internet delle cose sottomarino diventa realtà

AMBIENTE – Il nostro futuro è strettamente connesso a uno sfruttamento sostenibile del mondo marino. A oggi, conosciamo molto poco della Terra rispetto a quello che sappiamo di altri pianeti, proprio perché non riusciamo ad analizzare le caratteristiche e l’evoluzione della superficie che è coperta dall’acqua. Alcune delle tecnologie esistenti, come il remote sensoring, ci permettono di studiare solo gli starti superficiali del mare. Nonostante i progressi tecnologici, quindi, non siamo in grado di mappare i due terzi del nostro pianeta che si trovano sotto la superficie marina.

“Eppure questi dati diventano sempre più importanti, soprattutto in relazione ad alcuni problemi globali che l’umanità si trova ad affrontare, come la crescita demografica, la domanda crescente di cibo e i cambiamenti climatici”, racconta Chiara Petrioli, professoressa presso il Dipartimento di Informatica dell’Università degli Studi di Roma La Sapienza e coordinatrice del progetto Sunrise. “Per dare risposte esaurienti a ognuno di questi temi è indispensabile maturare conoscenze più solide sull’ambiente marino”, continua Petrioli. “Per quanto riguarda il cibo, per esempio, sono numerosi i ricercatori che si stanno dedicando allo studio di soluzioni per lo sfruttamento sostenibile dell’ambiente marino come luogo ideale per l’acquacoltura. Quest’anno, per la prima volta, la quantità di pesce prodotta nei sistemi di acquacoltura ha superato il pescato.”

E per quanto riguarda i cambiamenti climatici? La ricerca sul tema, spiega Petrioli, ha bisogno di dati quantitativi sui parametri degli strati non superficiali della colonna d’acqua dei mari. “Inoltre, la generazione di energia e la produzione di gas naturale e di petrolio avvengono sempre più tramite attività di estrazione dalle profondità marine, con rischi ambientali non indifferenti, soprattutto quando le pipeline non risultano adeguatamente monitorate. È chiaro che per conoscere il passato e il futuro del nostro pianeta c’è la necessità di possedere maggiori informazioni sui due terzi della superficie terrestre che si trovano sotto il mare”.

Raccogliere dati e informazioni sull’ambiente marino è l’obiettivo principale di Sunrise, un progetto integrato finanziato dalla Commissione Europea con quattro milioni di euro, che si concluderà  a fine 2016, dopo un percorso di ricerche e studi durato tre anni e mezzo.  Il progetto ha permesso lo sviluppo di tecnologie innovative e l’applicazione del concetto di Internet of Things al mondo marino. “Realizzare l’internet delle cose subacqueo non significa solamente sviluppare un sensore multiparametrico  a basso costo, ma soprattutto affrontare quegli argomenti che permettono di realizzare un sistema come Internet, che consente il colloquio e lo scambio di informazioni. Il progetto Sunrise ha riunito le competenze di punta di circa venti partner europei  e uno americano, in un ambito fortemente multidisciplinare per  fornire una risposta di sistema a questo problema.  Lo scambio di informazioni, dato per scontato sulla superficie terrestre, ha richiesto lo sviluppo di una rete di sensori  e robot sottomarini che consentirà il monitoraggio pervasivo degli oceani”, spiega Petrioli.

Le sfide poste dal progetto sono state molte, a causa dei forti vincoli esistenti sulle modalità di comunicazione utilizzabili nel mondo sommerso. Sott’acqua, infatti, non è possibile ricorrere alla trasmissione radio, perché la forte attenuazione delle onde radio consente la propagazione dell’informazione, trasmessa tramite wifi,  solamente per alcune decine di centimetri.  Le onde acustiche e la comunicazione ottica wireless sono invece due tecnologie che ben si sposano con l’ambiente sottomarino: con modem ottici è possibile trasmettere informazioni fino a una distanza massima di una decina di metri. “Quando si devono costruire sistemi che richiedono lo scambio di informazioni a distanze più elevate, decine o centinaia di chilometri, dobbiamo integrare la comunicazione ottica con quella acustica, utilizzata comunemente dai mammiferi marini. La quantità di informazione che può essere inviata è comunque limitata, molto inferiore rispetto a quella che possiamo inviare tramite la rete internet che siamo abituati a utilizzare. Inoltre, ci sono forti ritardi, perché l’informazione che codifica un’immagine o un dato rilevato da un sensore impiega un certo lasso di tempo per arrivare a destinazione; questo perché la velocità di propagazione del segnale è legata a quella delle onde acustiche in mare (1500 metri/secondo, quasi 200 000 volte più lenta rispetto alle onde radio). Non da ultimo, con una  singola coppia di modem è quasi impossibile poter considerare affidabile lo scambio di informazioni, perché la capacità di comunicazione dei due dispositivi può cambiare radicalmente nel giro di qualche minuto. Alcuni parametri ambientali non controllabili – come salinità, temperatura, correnti, rumori antropici – compromettono infatti la capacità di comunicare dei dispositivi”, spiega Petrioli.

Prima di Sunrise, quindi, la qualità dello scambio di informazioni tra due dispositivi sottomarini non poteva essere garantita. “Grazie a una rete adattiva e intelligente siamo in grado di garantire quell’affidabilità che il singolo link non può dare. Le informazioni sono instradate in modo dinamico e intelligente, grazie a un concetto di architettura nuovo. Noi in Sunrise non abbiamo un solo protocollo, come avviene con il wifi, ma un sistema flessibile, che apprende da solo in modo dinamico il miglior protocollo e linguaggio da utilizzare, a seconda delle situazioni. Questo permette di realizzare reti ampie per lo scambio di informazioni e la cooperazione tra dispositivi eterogenei e multivendor. A tutti i livelli, il progetto si è occupato della cooperazione tra dispositivi diversi, prendendo in esame anche robot o dispositivi sottomarini che utilizzano sistemi operativi differenti.  La cooperazione tra dispositivi eterogenei è stata studiata tramite l’applicazione di un war model, ovvero un modello di diversi task applicativi che punta a ottimizzare il comportamento cooperativo fruttando sistemi di intelligenza artificiale”, continua Petrioli.

Metà del budget del progetto è stato utilizzato per alcuni sottoprogetti , come previsto dalle regole europee dei bandi competitivi. Questo ha permesso di applicare a nuovi contesti le tecnologie sviluppate nell’ambito di Sunrise.  Tra questi figurano lo sviluppo di un power monitor per il controllo dei consumi energetici dei dispositivi,  al fine di poter migliorare l’operatività delle reti, e la creazione di una doking station, che permetterà ai dispositivi di tornare in superficie e ricaricarsi autonomamente.

“Tutti questi elementi hanno permesso di abbassare notevolmente i costi da sostenere in caso di missioni sottomarine. La realizzazione di sistemi modulari e facilmente dispiegabili è stata la chiave di volta che ha permesso un abbattimento del costo: quando abbiamo iniziato con Sunrise, i sistemi venivano dispiegati tramite l’ausilio di navi; questo comporta costi indiretti significativi, nell’ordine di decine di migliaia di euro ogni giorno. L’utilizzo di droni e dispositivi piccoli, leggeri, ottimizzati per lavorare a profondità di solito non raggiunte facilmente, e che richiedono il dispiegamento di semplici gommoni, riduce di netto la spesa per la ricerca e lo studio dei fondali. L’economicità, unita alla semplicità di dispiegamento, rende possibile ottenere molte più informazioni: il ricercatore potrà quindi  lavorare su una mole maggiore di dati, abbattendo i costi di studio”, conclude Petrioli.

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