Il segreto della salute dell’oceano si nasconde nel soffio delle balene?

Scienziati dotati di droni e di sofisticati programmi di intelligenza artificiale stanno raccogliendo informazioni su balene, oceani e perfino sulla salute umana.

Come tante specie marine negli oceani di tutto il mondo, oggi le balene devono affrontare più minacce che mai. L’inquinamento dell’acqua, il rumore, gli scontri con le navi, le reti da pesca, la caccia, unitamente allo stress dovuto ai danni all’habitat e alla perdita di cibo in seguito ai cambiamenti climatici, sono tutti elementi a svantaggio dei giganti dell’oceano.

Studiare la salute delle balene significava un tempo eseguire l’autopsia dell’enorme mammifero oppure rintracciarne uno vivo e avvicinarsi tanto da raccoglierne il DNA, gli ormoni o altri campioni di tessuto o feci. Era un lavoro difficile e complesso.

Fino all’arrivo di Parley SnotBot.

In una recente spedizione nel sud-est dell’Alaska, gli scienziati hanno utilizzato dei droni dotati di capsule di Petri e intelligenza artificiale (AI) per raccogliere il muco presente nei soffi delle balene. Il muco espirato dai polmoni delle balene rivela dati fondamentali che potrebbero aiutare a preservare questi colossi degli abissi.

Già che ci sono, i ricercatore acquisiscono anche informazioni sulla salute umana, dato che gli esseri umani devono affrontare molte minacce alla sostenibilità simili a quelle delle balene.

“Stiamo raccogliendo dati biologici, DNA, ormoni della gravidanza, ormoni dello stress e microbiomi”, ha spiegato il Dr. Iain Kerr, CEO di Ocean Alliance, un’organizzazione dedicata alla raccolta di dati (come tossicologia, comportamento, bioacustica, genetica) di balene e altre specie per aiutare a monitorare la salute degli oceani del nostro pianeta.

“La quantità di informazioni che stiamo raccogliendo tramite questo strumento di ricerca totalmente innocuo è sconcertante”, ha detto Kerr.

Parley SnotBot, un drone sviluppato grazie a una collaborazione tra Ocean Alliance, Parley for the Oceans e Intel, sta trasformando il modo in cui viene effettuata la ricerca sulle balene direttamente sul campo.

I dati aggregati che vengono raccolti dal progetto forniscono un quadro biologico preziosissimo. Non solo il drone cattura un’identificazione fotografica della balena, ma raccoglie anche informazioni sulla sua posizione, le sue dimensioni, la cerchia sociale e i rapporti familiari.

Drone SnotBot in volo
I droni Parley SnotBot forniscono un modo meno invasivo di raccogliere dati sulle balene. Crediti fotografici: Christian Miller.

Finora, Parley SnotBot è stato utilizzato per raccogliere il soffio d’acqua di balenottere azzurre, balene franche, balene grigie, megattere e ora, nella loro ultima spedizione nel sud-est dell’Alaska, anche di orche.

Balena in vista 2.0

I ricercatori iniziano il loro lavoro cercando balene con un’imbarcazione che è “una specie di portaerei per droni”, secondo Ted Willke, Senior Principal Engineer e Director del Mind’s Eye Lab di Intel.

È stato lui a dirigere il team che ha scritto i programmi per l’intelligenza artificiale utilizzati nella raccolta e nell’analisi dei dati della più recente spedizione in Alaska.

“Abbiamo capitani molto in gamba”, ha detto Willke. “Conoscono queste baie e questi bracci di mare e sanno dove hanno probabilità di imbattersi in particolari tipi di balene. Quindi partiremo per questi viaggi in aree remote.”

I ricercatori avvistano le balene grazie ai loro soffi

“C’è un bella nebbiolina bianca che forma una colonna ed è ben visibile sullo sfondo del cielo e della terra”, ha detto Willke.

Il team lancia i droni dalla “portaerei” da un distanza di qualche chilometro. I droni volano a 30 metri di distanza, in modo che la balena non si renda conto di essere osservata. Il drone riprende continuamente video ad alta risoluzione e, quando si avvicina alla balena, si abbassa in volo e cattura il suo soffio, ovvero la condensa del respiro esalato (EBC, Exhaled Breath Condensate), in una capsula di Petri fissata sulla parte posteriore del drone.

Lancio di SnotBot dall’imbarcazione
I droni vengono lanciati da un’imbarcazione ancorata abbastanza distante da non disturbare le balene. Crediti fotografici: Christian Miller.

“È davvero una cosa incredibile”, ha detto Willke. “Te ne stai sul bordo della nave e questo drone arriva per atterrare con tutte le sue pale in funzione. Allunghi un braccio per afferrarlo in cielo mentre sei in alto mare, e tu e il drone andate su e giù con le onde.”

C’è il rischio di dita recise, ha spiegato.

L’analisi in tempo reale incide sullo studio

Il team analizza il getto d’acqua o il soffio in un secondo tempo, ma guarda il video in tempo reale.

“Abbiamo scritto un programma che scatta inquadrature del video dal vivo mentre viene registrato e un altro in grado di registrare segmenti del video e memorizzarlo nel buffer, per permettere di analizzarlo istantaneamente”, ha affermato Willke.

Mentre il drone invia il video al controller remoto in modalità wireless a 60 frame al secondo e a piena risoluzione, questo viene trasferito sui notebook MacBook Pro. L’immagine viene quindi analizzata da due programmi di analisi: uno identifica le balene in base alle pinne delle code, mentre l’altro esegue un’analisi volumetrica, valutando il grasso, la circonferenza e la lunghezza della balena per vedere se ha un peso corretto.

Questi dati preziosi forniscono informazioni che i ricercatori possono utilizzare immediatamente per gestire i loro studi sul campo.

“Se si tratta di una balena che è motivo d’interesse, già vista in precedenza, potrebbe essere coinvolta in uno studio longitudinale in cui viene studiata la storia di quella balena nel corso del tempo”, ha affermato Willke. “Potremmo voler enfatizzare il rilevamento di quella specifica balena e fare in modo di ottenere un campione davvero valido.”

La risoluzione di misteri scientifici

“L’aspetto interessante delle balene è che, in primo luogo, sono mammiferi in cima alla catena alimentare dell’oceano e, in secondo luogo, sono piuttosto cosmopolite, si trovano in tutto il mondo”, ha detto Kerr. “Quindi sono un valido indicatore della salute dell’oceano o, per meglio dire, sono un iniziale indicatore di potenziale pericolo.”

Drone in volo attraverso il soffio di una balena
Grazie alle capsule di Petri trasportate, gli SnotBot attraversano in volo il soffio delle balene per raccogliere campioni. Crediti fotografici: Christian Miller.

La salute delle balene è direttamente correlata alla salute umana, secondo Kerr, un aspetto che suscita l’attenzione nei confronti di questa ricerca. Kerr ha affermato che 30 anni fa la più grande minaccia per le balene era la caccia a fini commerciali. Oggi gli oceani sono minacciati da una marea di sostanze chimiche e di altri prodotti inquinanti, dai danni all’habitat e dalla perdita di cibo dovuti ai cambiamenti climatici e da un tasso di inquinamento acustico assordante.

“Quello che accade alle balene probabilmente accadrà all’umanità”, ha affermato. “Almeno il 50% delle minacce che le balene devono affrontare in realtà sono minacce anche per gli esseri umani.”

Kerr ha affermato che i metodi precedenti per esaminare la salute delle balene probabilmente comportavano stress per questi mammiferi, distorcendo i dati. “Avevamo un problema, chiamato l’effetto dell’osservatore, per cui raccogliere i dati in realtà li cambiava.”

SnotBot è una soluzione rivoluzionaria.

“Viviamo in uno tsunami di dati”, ha osservato Kerr, aggiungendo che l’intelligenza artificiale e gli algoritmi per l’apprendimento automatico sviluppati da Intel aiuteranno a creare una sintesi del mare di dati che i ricercatori raccolgono, ma che possono trovare ingestibili.

SnotBot aiuterà i ricercatori in tutto il mondo.

Molta ricerca scientifica viene condotta da imbarcazioni grandi e costose che numerosi Paesi semplicemente non possono permettersi, ma i droni sono relativamente economici.

“Ritengo che siamo a un punto critico per la scienza in cui, invece di avere 10 di queste grandi imbarcazioni destinate alla ricerca sparse per il mondo, abbiamo 1.000 piccoli droni che raccolgono tutti questi dati”, ha dichiarato.

I team continueranno a lavorare per migliorare SnotBot e studiare i fattori critici che ci si augura tuteleranno la salute delle balene.

“Non si tratta solo della Silicon Valley che realizza innovazioni per la Silicon Valley. Si tratta di come l’intelligenza artificiale potrebbe veramente aiutarci a salvare il pianeta e a risolvere misteri scientifici”, ha affermato Kerr.

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