IA e droni per monitorare i pinguini in Antartide

L’Antartide si conferma un laboratorio naturale per l’applicazione di tecnologie d’avanguardia.

Grazie a un progetto innovativo messo a punto da ENEA, l’intelligenza artificiale (IA) viene utilizzata per la prima volta come strumento per contare e classificare i pinguini di Adelia che vivono nei pressi della Stazione italiana Mario Zucchelli.

Un approccio che combina droni, supercalcolatori e algoritmi di machine learning promette di rivoluzionare il monitoraggio della biodiversità in ambienti estremi.

 

 

La metodologia innovativa

 

 

Il progetto si basa su una metodologia che integra droni capaci di operare alle basse temperature antartiche, l’IA e il supercomputer CRESCO di ENEA.

Grazie a speciali ortofoto georeferenziate ad alta risoluzione (circa 1 cm/px), è possibile identificare con precisione sia i pinguini adulti, alti circa 60 cm, sia i pulcini, che raggiungono circa 30 cm di altezza a due mesi di vita.

I droni, progettati per resistere alle condizioni estreme dell’Antartide, sono dotati di sistemi di volo avanzati e sensori che garantiscono riprese stabili anche a temperature basse. La loro capacità di volare a un’altezza superiore ai 50 metri consente di raccogliere dati senza disturbare la fauna locale. Inoltre, l’autonomia e la precisione di questi dispositivi rendono possibile la mappatura di aree remote e difficilmente accessibili per l’uomo.

“La precisione della conta è risultata pari al 97% per i pinguini adulti e all’89% per i pulcini, valori che garantiscono un’elevata affidabilità,” spiega Riccardo Scipinotti, ricercatore ENEA e capo spedizione presso la base italo-francese Concordia.

Le analisi sono state condotte nelle pinguinaie di Edmonson Point e Adelie Cove, che ospitano rispettivamente circa 4.000 e 10.000 esemplari. Il conteggio è stato effettuato in due momenti chiave dell’estate australe: a metà novembre, durante il periodo di cova, e a metà gennaio, quando i pulcini sono più attivi.

 

Il ruolo del supercomputer CRESCO

 

 

Il supercalcolatore CRESCO, operativo presso la stazione Mario Zucchelli dal 2017, gioca un ruolo cruciale. Le immagini acquisite dai droni vengono elaborate per generare ortofoto ad alta risoluzione, che vengono poi analizzate da una rete neurale addestrata per distinguere tra adulti e pulcini.

Samuele Pierattini, esperto della Divisione ENEA per lo Sviluppo di Sistemi per l’informatica e l’ICT, spiega: “L’addestramento della rete neurale ha richiesto l’analisi di circa 400 immagini contenenti oltre 3.000 pinguini, ripresi in diverse condizioni di esposizione e posizione nel corso di otto spedizioni di ricerca.”

 

Vantaggi del metodo tecnologico

 

Rispetto al conteggio manuale, questa metodologia basata sull’IA offre vantaggi decisivi. Prima di tutto, c’è il fattore velocità: il processo automatizzato consente di analizzare aree molto estese in tempi decisamente ridotti rispetto ai metodi tradizionali. Inoltre, i droni rendono accessibili zone remote che sarebbero difficilmente raggiungibili dall’uomo, ampliando così il raggio d’azione delle analisi.

Un altro aspetto cruciale è il ridotto impatto ambientale. Sorvolando le colonie a un’altezza di oltre 50 metri, i droni minimizzano il disturbo per gli animali, permettendo di raccogliere dati senza interferire con i loro comportamenti naturali.

Questi vantaggi rendono questa tecnologia uno strumento fondamentale per monitorare l’efficacia riproduttiva delle colonie, un parametro essenziale per valutare la salute della specie e l’impatto dei cambiamenti climatici sul loro habitat.

 

IA e droni per monitorare i pinguini: sviluppi futuri

 

 

L’obiettivo a breve termine è affinare l’addestramento della rete neurale per migliorare ulteriormente l’affidabilità del riconoscimento. Inoltre, ENEA sta sviluppando una rete neurale ‘leggera’ che possa essere integrata direttamente nei droni, consentendo il conteggio dei pinguini in tempo reale.

“In futuro, non sarà più necessario esportare i dati grezzi dall’Antartide. Potremo disporre immediatamente di informazioni complete per analisi e studi sulla popolazione dei pinguini,” afferma Pierattini. Questo sviluppo rappresenta un passo avanti significativo per la ricerca scientifica in ambienti estremi.

 

Il contesto della missione

 

 

L’iniziativa si inserisce nel quadro della 40a spedizione del Programma Nazionale di Ricerche in Antartide (PNRA), finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca (MUR) e gestito da CNR, ENEA e OGS. Il programma coordina le attività scientifiche e logistiche presso le basi antartiche italiane, con il supporto della nave rompighiaccio Laura Bassi.

L’utilizzo di IA e droni per monitorare i pinguini rappresenta un’innovazione di portata straordinaria. Grazie alla sinergia tra tecnologia e ricerca, è possibile monitorare con precisione la biodiversità in uno degli ecosistemi più fragili del pianeta.

L’approccio innovativo e all’avanguardia non solo migliora l’efficacia delle operazioni scientifiche, ma fornisce anche dati preziosi per comprendere l’impatto dei cambiamenti climatici sulle popolazioni di pinguini e, più in generale, sulla fauna antartica.

 

[Credits: ENEA]

Leggi anche:

Droni e ambiente: l’accordo tra Arpa Puglia e DTA

Droni a idrogeno per salvare il ghiaccio artico: il progetto di Real Ice

NASA, operazione SWIM: droni sottomarini alla ricerca di vita extraterrestre