Sistemi di intelligenza artificiale per il rilevamento aereo dei rifiuti di plastica negli oceani

L'immagine del drone mostra l'impianto di prova da una vista a volo d'uccello sulla spiaggia di Spiekeroog.

Robert Krell, sempre in onda

Gli aerei che regolarmente sorvolano i corpi idrici di tutto il mondo per monitorare l’inquinamento potrebbero in futuro non solo rilevare fuoriuscite di petrolio e sostanze chimiche in alto mare, nelle acque costiere e sulle spiagge, ma anche rifiuti di plastica che galleggiano sulla superficie dell’acqua. Nel progetto PlasticObs+, un consorzio guidato dal Centro di ricerca tedesco per l’intelligenza artificiale (DFKI) sta lavorando per sviluppare il primo monitoraggio aereo di aree marine più grandi e contigue che rilevi continuamente la plastica nelle acque e non selettivamente, come è avvenuto finora . I primi risultati sono ora disponibili.

I rifiuti di plastica nelle acque continuano a rappresentare un problema ambientale globale e urgente, poiché mettono in pericolo l’ecosistema marino e quindi una risorsa vitale per gli esseri umani e gli animali. Ogni anno circa dieci milioni di tonnellate di rifiuti di plastica finiscono negli oceani del mondo. Ciò corrisponde a circa un carico di camion al minuto. Sacchetti avanzati, imballaggi usa e getta o bottiglie per bevande si trovano in tutto il mondo, dall'Artico alle profondità marine fino al Mar Baltico e al Nord.

I rifiuti galleggianti sulla superficie dell'acqua sono già stati rilevati dall'aria in passato, ma i risultati precedenti si basavano principalmente su misurazioni limitate nel tempo e nello spazio. È qui che entra in gioco il progetto comune PlasticObs+. L’obiettivo a lungo termine è dotare gli aerei di sorveglianza, già utilizzati abitualmente in tutto il mondo, di una tecnologia di sensori supportata dall’intelligenza artificiale e sviluppare così un sistema di misurazione in grado di registrare il carico di rifiuti di plastica nell'ambiente dall'aria. In questo modo sarebbe reso possibile per la prima volta un inventario continuo e completo, che fornirebbe informazioni sul tipo, la quantità e la dimensione dei rifiuti nonché sulle possibili fonti di inquinamento. Ciò fornirebbe una base scientifica per avviare misure, leggi e investimenti per la raccolta, il riciclaggio e, in ultima analisi, la prevenzione dei rifiuti di plastica.

Tra i compiti del DFKI, rappresentato dal dipartimento di ricerca Marine Perception di Oldenburg, figura lo sviluppo di un totale di quattro sistemi AI. I primi due servono a riconoscere i rifiuti di plastica durante il sorvolo e a dare un'occhiata più da vicino agli hotspot. Un terzo sistema, che classifica i rifiuti per tipologia, dimensione e quantità, verrà utilizzato successivamente a terra. Infine, un sistema di feedback che includa l’esperienza umana nella visualizzazione delle immagini aiuterà a migliorare continuamente i primi sistemi e a ottimizzare le loro previsioni.

I ricercatori del DFKI ottengono i dati per i loro sistemi di intelligenza artificiale da voli di prova nel nord della Germania, che l'Università di Scienze Applicate di Wilhelmshaven/Oldenburg/Elsfleth effettua con i suoi aerei di ricerca. Un sensore sotto il muso dell'aereo acquisisce immagini panoramiche della regione. Su questi, l'intelligenza artificiale deve riconoscere i punti caldi dei rifiuti in pochi secondi, in modo che un secondo sensore, situato più indietro sotto la fusoliera, li scatti foto dettagliate. La sfida, affermano i ricercatori del DFKI Mattis Wolf e il dottor Christoph Tholen, è che "da un lato stiamo sorvolando una vasta area e il sensore panoramico scatta un'immagine a bassa risoluzione della scena, ma dall'altro la valutazione ha da eseguire in pochi secondi ma con un elevato grado di precisione".

Un primo test ha avuto luogo lo scorso anno sull'isola di Spiekeroog. Il consorzio del progetto ha allestito un campo di prova in plastica sulla spiaggia e nelle saline. Dapprima il campo è stato sorvolato da un drone ad un'altezza compresa tra 15 e 100 metri, poi l'aereo da ricerca ha sorvolato il campo ad un'altezza compresa tra 150 e 1.200 metri. Il campo di prova consisteva in una disposizione precisa di diversi tipi di plastica, come coperchi per il caffè in PP nero, contenitori per il pranzo in PS bianco e crema, nonché sacchetti per rifiuti blu e trasparenti in LDPE. Il team ha fissato i contenitori in gruppi di diverse dimensioni sotto le reti in modo che non potesse verificarsi alcuna deriva. La domanda principale a cui i ricercatori hanno voluto rispondere con la campagna era: da quale altezza i sensori del drone o dell’aereo possono rilevare in modo affidabile i rifiuti di plastica? Il responsabile del progetto Wolf e il suo collega Tholen considerano i risultati finora positivi, perché "hanno dimostrato che la plastica può essere rilevata con una precisione soddisfacente alle altezze a cui puntavamo".