In Antartide, anche una piccola macchia di muschio può raccontare molto sui cambiamenti dell’ambiente. Però non è facile riuscire a osservarla nel tempo, soprattutto quando si trova in una delle regioni più remote e difficili da raggiungere del pianeta. Una nuova ricerca australiana, però, dimostra come droni, satelliti e intelligenza artificiale possano lavorare insieme per affrontare questa sfida.
Un gruppo di ricercatori guidato dall’Università di Wollongong (UOW), nell’ambito del programma australiano Securing Antarctica’s Environmental Future (SAEF), ha sviluppato un sistema di intelligenza artificiale geospaziale, chiamato GeoAI, che permette di monitorare la vegetazione antartica su grandi superfici e per periodi prolungati.
La novità sta nell’integrazione di osservazioni sul terreno, immagini acquisite dai droni e dati satellitari. Tre livelli di osservazione che, combinati attraverso l’intelligenza artificiale, consentono di studiare gli ecosistemi antartici anche a distanza, senza rinunciare ai dettagli più piccoli.
Il problema: osservare una vegetazione minuscola e frammentata
Quando si pensa all’Antartide, vengono subito in mente enormi distese di ghiaccio. Eppure, il continente ospita anche ecosistemi particolari, costituiti da muschi, licheni e cianobatteri che spesso occupano superfici molto piccole e distribuite in maniera irregolare.
Studiare queste comunità biologiche non è semplice, perché le osservazioni dirette sul campo permettono di raccogliere informazioni dettagliate, ma richiedono di raggiungere fisicamente i luoghi interessati. E allora i droni sono ottimi per ampliare l’area osservata mantenendo un elevato livello di dettaglio, mentre i satelliti riescono a monitorare ripetutamente territori molto più estesi, ma con una risoluzione spaziale inferiore.
Come spiega il dottor Narmilan Amarasingam, primo autore dello studio, l’obiettivo è proprio superare la distanza tra le osservazioni ecologiche di dettaglio e il monitoraggio di grandi territori.
Dai centimetri ai satelliti: come funziona il sistema GeoAI
Il nuovo sistema, che trovate spiegato nel dettaglio in questo articolo su Science Direct, è stato sviluppato e sperimentato nell’arco di sette anni presso il Canada Glacier, nelle McMurdo Dry Valleys, un deserto polare privo di ghiaccio che ospita alcune delle comunità vegetali biologicamente più produttive dell’Antartide. Qui i ricercatori hanno combinato rilievi sul campo, immagini dei droni, osservazioni satellitari e algoritmi di intelligenza artificiale in un unico sistema di analisi geospaziale.
Le osservazioni dirette forniscono le informazioni biologiche necessarie per comprendere gli ecosistemi, le immagini dei droni permettono di estendere queste conoscenze a superfici più ampie (mantenendo un livello di dettaglio sufficiente a individuare anche piccole porzioni di vegetazione), e infine i dati satellitari consentono di trasferire le osservazioni a una scala territoriale molto maggiore e di ripeterle nel tempo.
L’intelligenza artificiale poi collega tutti questi livelli di informazione, rendendo possibile una mappatura coerente che va dalle piccole macchie di vegetazione, grandi pochi centimetri, fino alle caratteristiche ecologiche di interi paesaggi.
Il risultato è un sistema che permette ai ricercatori di osservare l’evoluzione della biodiversità antartica su scale spaziali e temporali differenti, superando i limiti dei singoli strumenti di rilevamento.
Sette anni di osservazioni per comprendere i cambiamenti ambientali
Uno degli aspetti più importanti della ricerca riguarda la possibilità di confrontare le osservazioni raccolte in anni differenti.
Monitorare la vegetazione per periodi prolungati permette infatti di distinguere le variazioni temporanee dai cambiamenti più duraturi degli ecosistemi, un’informazione particolarmente importante mentre le condizioni ambientali dell’Antartide vengono modificate dal riscaldamento globale. Il sistema sviluppato dai ricercatori potrebbe quindi fornire dati utili per comprendere meglio la biodiversità del continente e sostenere le decisioni relative alla sua protezione e gestione ambientale.
La possibilità di effettuare osservazioni su grandi superfici rappresenta inoltre un vantaggio significativo in un ambiente dove organizzare nuove campagne di ricerca può essere difficile, costoso e complesso dal punto di vista logistico.
I droni non sostituiscono il lavoro degli scienziati
Il nuovo approccio non elimina la necessità delle osservazioni sul terreno. Al contrario, le rende ancora più preziose, perché permette di estendere le conoscenze raccolte durante le spedizioni scientifiche a territori molto più ampi.
Come sottolinea Amarasingam, le osservazioni dirette rimangono indispensabili per comprendere il significato biologico di ciò che viene rilevato a distanza. Droni, satelliti e intelligenza artificiale consentono però di sfruttare maggiormente queste informazioni, estendendole ad aree difficili, costose e logisticamente complesse da visitare nuovamente.
È proprio questa complementarità tra strumenti a rendere interessante il progetto: il drone diventa il collegamento tra il dettaglio delle osservazioni scientifiche sul campo e la capacità dei satelliti di monitorare interi paesaggi.
Una nuova prospettiva per la biodiversità antartica
Lo studio, intitolato “A multi-sensor and multi-temporal GeoAI framework for resolving ecological scale mismatch in Antarctica”, è stato pubblicato sulla rivista scientifica ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing. Il progetto, guidato dall’Università di Wollongong nell’ambito del programma SAEF, ha coinvolto anche ricercatori dell’Università di Canterbury, dell’istituto svizzero Eawag, dell’Università di Edimburgo, del Geological Survey of Denmark and Greenland e di NVIDIA.
Per approfondire il progetto e i risultati della ricerca è possibile consultare la presentazione ufficiale dello studio pubblicata dall’Università di Wollongong.
