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Internet sott’acqua come in aria grazie al progetto Sunrise

Una rete sottomarina fra dispositivi eterogenei che porti la capacità di cooperare tipica dell'IoT nel mondo marino: è questo il succo del progetto europeo Sunrise a cui sta collaborando l'Università La Sapienza di Roma. Servirà per il monitoraggio ambientale, la ricerca di navi disperse e molto altro, come ci ha spiegato la professoressa Chiara Petrioli, professore ordinario del Dipartimento di informatica della Sapienza e coordinatore europeo del progetto Sunrise, in questa approfondita intervista.

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Credit: © SALVO EMMA

Buona parte del nostro pianeta è ricoperto dalle acque, ma riuscire a studiare il mondo sommerso è ancora difficile e costoso. È proprio per migliorare questa situazione che è nato il progetto Sunrise, che si propone di realizzare un "kit" per creare reti Internet capaci di collegare sensori, boe e robot che lavorano sott'acqua. Nell'intervista la dottoressa Pertioli ci spiega quali sono state le difficoltà da superare, come sono state risolte e quali benefici porteranno.

Che cos'è Sunrise e cos'ha di innovativo?

petrioliSunrise è un progetto europeo del VII programma quadro Future Internet finanziato con 4 milioni di euro e coordinato dall'università La Sapienza di Roma La Sapienza. Comprende una ventina di partner di nove nazioni europee e parte da quello che c'era prima, ossia osservatori marini molto costosi e cablati in grado di monitorare solo alcune zone limitate di mare, o coppie di dispositivi in grado di comunicare fra di loro tramite modem acustici.

Quello che si propone di fare Sunrise è abbattere i costi diretti ed indiretti dei nodi sensori sottomarini e di droni sottomarini e costruire una rete fra dispositivi eterogenei portando la capacità di cooperare tipica dell'IoT nel mondo marino. È complicato perché non possiamo utilizzare le tecnologie che usiamo efficacemente nel mondo terrestre – come per esempio le onde radio – perché si propagano per pochi centimetri in acqua. Possiamo usare la comunicazione ottica wireless (il modem ottico wireless è uno dei dispositivi sviluppati da Sunrise nell'ultimo anno) per distanze corte, ossia una decina di metri. Di fatto l'unica modalità di comunicazione a lungo raggio in reti che tipicamente coprono dimensioni elevate (decine di chilometri o più) è quella che usano i mammiferi marini, ossia la comunicazione acustica.

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Credit: ©MARCO MEROLA

Abbiamo una serie di sfide che sono legate al fatto che la comunicazione punto a punto fra due dispositivi utilizzata anche prima di Sunrise è di fatto estremamente difficoltosa e inaffidabile. Siamo abituati al fatto che quando abbiamo due dispositivi che comunicano tramite le onde elettromagnetiche questo avvenga in maniera affidabile. Nell'ambito della comunicazione acustica sottomarina, quello che succede dipende da tantissimi parametri naturali, non controllabili: temperatura e salinità dell'acqua, il profilo della superficie del mare (per esempio perché si alza il vento), rumore dovuto al passaggio di imbarcazioni. Di fatto quello che si osserva con sperimentazioni in campo è che ci sono dinamiche molto veloci: nel giro di qualche minuto una coppia di dispostivi è in grado di comunicare e subito dopo no.

In più la quantità di informazioni che si può trasmettere via acustica su distanze di chilometri è molto limitata, nell'ordine dei 10 kilobit al secondo, quindi al livello dei modem degli anni '80. Possiamo però raggiungere velocità che permettono di trasmettere immagini compresse (per esempio foto e video) se trasmettiamo a qualche centinaio di metri. Al contrario se trasmettiamo meno informazioni (come per esempio quelle che servono per controllare un robot marino) lo possiamo fare per grandissime distanze attraversando gli oceani; per esempio è possibile controllare un robot sotto all'Artico dall'Alaska.

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Credit: © University of Porto

In ultimo è da tenere conto del limite legato alla velocità con cui si propagano le onde acustiche in acqua, che è 100mila volte più lenta di quella della propagazione delle onde elettromagnetiche in aria.

È quindi molto difficile riuscire a trasmettere le informazioni in maniera affidabile. L'idea di Sunrise è quella di creare una rete che permetta di scambiare informazioni fra dispositivi e farli agire come team di modo che cooperino e svolgano in maniera più efficace i loro compiti. È anche la risposta e la soluzione al problema dell'affidabilità, che passa per il riuscire a costruire una rete che si adatta automaticamente senza dover misurare tutti i parametri ambientali, che auto apprende con tecniche di Intelligenza Artificiale il miglior modo di operare, ad esempio cambiando dinamicamente i percorsi che segue ma anche i protocolli da usare per comunicare in modo da essere affidabile e performante laddove il singolo collegamento non lo può essere. Questa è una prima innovazione molto importante di Sunrise sulla quale fra l'altro ci sono brevetti della Sapienza".

La gestione complessiva come avviene?

petrioliUtilizziamo una piattaforma software che è stata realizzata da un system integrator italiano (Nexse) che permette di accedere da remoto a un nodo gateway collegato alla rete Internet tradizionale, e che costituisce il nostro punto di accesso alla rete sottomarina. Da lì tramite la rete che comunica per via acustica siamo in grado di raggiungere i nodi, controllarli, cambiare quello che fanno. Sono nodi sensori sottomarini ma anche veicoli autonomi sottomarini, droni sottomarini, che fanno parte in maniera trasparente di questa rete e di cui possiamo cambiare la missione da svolgere, i sensori da attivare, le soglie di allarme, la frequenza di campionamento di certi parametri. Tutto via web. Tramite la stessa applicazione possiamo poi ottenere i dati tramite Internet e presentarli agli utenti finali".

Lo studio potrebbe espandere la rete terrestre?

petrioliPuò estendere la nostra comprensione e il concetto di IoT. Le tecnologie IoT oggi ignorano una parte del nostro Pianeta che è pari a più di 2/3 della superficie della Terra e che corrisponde alla zona coperta d'acqua. Quello che fa Sunrise è interfacciare i due mondi e permetterci di conoscere e comprendere, mappare, controllare, e usare in modo sostenibile le risorse che ci vengono dall'ambiente marino.

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Credit: ©MARCO MEROLA

Conosciamo meno il nostro pianeta rispetto a quelli lontani proprio perché i 2/3 sono coperti d'acqua, di cui analizziamo via satellite solo le proprietà per gli strati superficiali. Il resto – gli abissi – sono in gran parte sconosciuti e addirittura non completamente mappati. Parliamo tuttavia di una parte del pianeta che concorre in maniera importante al nostro futuro se si pensa alla produzione di risorse naturali, ossigeno e cibo. È un mondo che ci dà risorse essenziali per il nostro futuro e che è sostanzialmente sconosciuto".

Quali sono le attività in cui sarà impiegata questa tecnologia?

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Credit: © SALVO EMMA

petrioliLe applicazioni sono tantissime: dal monitoraggio ambientale per determinare lo stato di salute dei mari, allo studio dei cambiamenti climatici, alla ricerca di relitti e beni archeologici sommersi, al monitoraggio di piattaforme offshore per evitare disastri naturali, al controllo dei confini marittimi; lo sforzo che abbiamo fatto è quello di favorire l'interoperabilità e l'interconnessione di piattaforme e tecnologie di diversi produttori in una rete omogenea ed allo stesso tempo togliere più o meno un ordine di grandezza ai costi che c'erano per sistemi da dispiegare in ambiente costiero. La riduzione dei costi riguarda sia i costi diretti, per realizzare droni e sensori sottomarini, sia i costi indiretti per il dispiegamento dei dispositivi. Per questo siamo passati da sistemi che richiedevano personale altamente specializzato e spesso navi di appoggio che costano decine di migliaia di euro al giorno, a soluzioni che nella maggior parte dei casi impiegano gommoni simili a quelli che usiamo in vacanza per dispiegare questo tipo di sistemi, che diventano così alla portata di tutti e possono essere utilizzati in moltissimi campi applicativi".

Dove sono dispiegati?

petrioliAbbiamo una rete di sensori che possiamo dispiegare dove vogliamo. Abbiamo fatto sperimentazione in Sicilia, in Portogallo, Calabria e in Campania negli ultimi mesi. Nel progetto SUNRISE abbiamo  poi infrastrutture di test semi permanenti, accessibili da remoto, presso il NATO STO Center for Maritime Research  and Experimentation di La Spezia, presso l'Università di Porto in Portogallo, a Twente in Olanda e sull'Atlantico lato americano.

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Credit: ©MARCO MEROLA

Quello che faremo è portare e dispiegare reti e sensori dove i potenziali utilizzatori sono interessati a testare questa tecnologia. Come parte delle attività di SUNRISE andremo per esempio in Calabria da un produttore di acquacultura per l'ottimizzazione del sistema di monitoraggio. Abbiamo ricevuto molto interesse anche da parte di molti enti preposti al monitoraggio ambientale ad esempio dei parchi marini".

Un progetto utile per avvicinare i giovani alla Scienza

petrioliIl progetto europeo vede protagonisti quasi un centinaio di giovani di talento, abbiamo una ventina di gruppi da 4 o 5 giovani a gruppo. Stiamo contribuendo come testimonial ad una campagna sui social della rappresentanza italiana della commissione europea, #EuFactor, rivolta ai giovani fra 16 e 19 anni. La Commissione Europea si è resa conto che ci sono circa 2,5 milioni di posti di lavoro vacanti per mancanza di competenze nell'ambito Science and Technology e – soprattutto in un paese come l'Italia in cui la disoccupazione giovanile è elevata – sta portando all'attenzione dei politici e dei mass media questa grossa opportunità. L'obiettivo è di far capire ai giovani quello che si può fare con la Scienza e la Tecnologia mediante una campagna social in cui si spiegano ai giovani anche cose che non sanno, come quello che fanno gli scienziati e quello che potrebbero fare loro studiando materie scientifiche, tecnologiche o informatiche, discipline che li doterebbero degli strumenti per contribuire a cambiare il mondo.

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Credit: © University of Porto

Nella stessa campagna ci sono per esempio progetti per l'individuazione dei meteoriti pericolosi per la Terra, cure innovative o studio dei cambiamenti climatici. Insomma l'obiettivo è far capire quanto siano varie le possibilità per chi ha competenze scientifiche e anche fornire una prima semplice ma efficace soluzione al problema della disoccupazione giovanile".