Immaginate una scena che è sinonimo di crisi climatica.
Forse la vostra mente è saltata alla foresta pluviale amazzonica o alle calotte polari, dove la deforestazione e il rapido scioglimento sono stati a lungo punti di raccolta per gli sforzi di conservazione.
Ma le ultime ricerche suggeriscono che sono gli oceani ad essere la chiave per mitigare il cambiamento climatico. Infatti, un microrganismo di cui probabilmente non hai mai sentito parlare cattura il 40% delle emissioni di carbonio della Terra e produce ossigeno per due respiri su tre. Queste alghe microscopiche sono chiamate fitoplancton. È allo stesso tempo la pietra angolare dell’ecosistema marino e un sistema di cattura del carbonio molto efficace.
Il fitoplancton dipende da un apporto costante di nutrienti, tra cui fosforo, ferro e azoto. Fortunatamente, proprio in cima alla catena alimentare oceanica vive una macchina fertilizzatrice incredibilmente efficiente: la balena.
Gli scienziati hanno recentemente scoperto che le balene mangiano molto più di quanto si pensasse in precedenza; la scala del loro ruolo come fertilizzatori dell’oceano è stata ampiamente sottovalutata. Uno studio del 2019 ha previsto che se le balene tornassero ai livelli di popolazione di cui godevano prima dell’era della caccia commerciale alle balene, ciò porterebbe a un boom del fitoplancton e a una quantità impressionante di attività di sequestro del carbonio.
La conclusione? La natura ha già perfezionato la cattura del carbonio. Dobbiamo solo lasciare che le balene mangino, fertilizzino e ripetano.
La caccia commerciale alle balene è tutt’altro che finita – infatti, i gruppi di conservazione stanno usando i droni per raccogliere le prove del bracconaggio illegale. Ma questi animali affrontano ancora il pericolo e il disturbo delle reti da pesca, dei colpi delle navi e dell’inquinamento acustico. Per mettere in atto misure efficaci che conservino e incoraggino il recupero della popolazione, gli scienziati hanno bisogno di raccogliere prove per capire l’intero impatto dell’attività umana.
“Balene sane, oceani sani, esseri umani sani”.
Questo è il motto di Ocean Alliance, un’organizzazione di conservazione marina che sta sperimentando l’uso di droni nella ricerca sulle balene.
La relazione tra DJI e Ocean Alliance, con sede nel Massachusetts, risale al 2015, quando il CEO Dr Iain Kerr e il suo team hanno iniziato a utilizzare i droni per raccogliere campioni biologici dalle balene. Invece di fare una biopsia fisica invasiva, i ricercatori aspettano che il mammifero salga in superficie prima di far volare un DJI Inspire carico di Petri attraverso il suo soffio – una nuvola di esalazione che fornisce intuizioni sugli ormoni del mammifero, il DNA e l’habitat. Naturalmente, hanno chiamato il concetto SnotBot®.
SnotBot era la risposta a una domanda che i ricercatori di balene hanno affrontato per decenni: Come si possono raccogliere dati decenti sulle balene senza inseguire gli animali in una barca e sparare loro con un dardo da biopsia.
Ma i dati biologici raccontano solo una parte della storia. Per capire meglio il comportamento delle balene i ricercatori devono osservare i loro movimenti. Un’impresa non da poco per animali che passano più dell’80% del loro tempo sotto la superficie.
Quest’anno, Ocean Alliance ha sviluppato e testato un nuovo strumento di raccolta dati che potrebbe ancora una volta rivoluzionare il lavoro dei ricercatori sulle balene. Proprio come con SnotBot, la soluzione utilizza un drone DJI adattato per evitare un gioco costoso, pericoloso e stressante di whale whack-a-mole.
Un modo non invasivo per etichettare le balene
Per decenni, gli scienziati marini hanno usato tag di dati per tracciare le balene sott’acqua. Un tipo comune di tag è fissato tramite ventose e può trasportare una serie di sensori, tra cui un idrofono, un accelerometro e una telecamera. I dati raccolti da questi tag forniscono ai ricercatori informazioni sui modelli di caccia, la cinetica, l’acustica e persino le interazioni sociali di una balena.
Proprio come per la raccolta di campioni biologici, la marcatura è stata tradizionalmente un processo pericoloso e costoso. Un team di scienziati esperti su più navi passerà innumerevoli ore a inseguire le balene. Nel migliore dei casi è inefficiente.
Con l’aiuto dei droni, le cose possono essere diverse. In una spedizione nel Golfo di California nel febbraio 2022, Ocean Alliance è diventata la prima squadra al mondo a utilizzare con successo i robot volanti per rivoluzionare il processo di etichettatura. L’innovazione potrebbe avere enormi implicazioni per la scienza delle balene e la conservazione marina in generale.
Il team di Ocean Alliance ha utilizzato dei DJI M210 modificati per far cadere dei tag a ventosa su balene blu e pinne. Non c’è stato nessun inseguimento, nessun approccio ravvicinato e nessun palo da 20 piedi. Hanno solo piazzato con successo i tag su più di venti balene – molte delle quali erano a 500 metri dalla barca. Hanno anche avuto un tasso di successo del 100% con le balene Fin, soprannominate “i levrieri dell’oceano”.
“Non ti aspetti che la prima volta che provi una cosa del genere continui a colpire i fuoricampo”, dice Kerr. Ma è esattamente quello che è successo.
Il dottor David Wiley del NOAA Stellwagen Bank National Marine Sanctuary era un partner del progetto e ha visto la nuova tecnica in azione.
“È un cambio di gioco per le balene, le persone e la scienza”, dice. “Nei 25 anni in cui ho fatto il tag delle balene, abbiamo sempre sognato di essere in grado di mettere i tag sugli animali dall’aria. La prospettiva aerea in tempo reale permette alle balene di essere seguite sott’acqua e ai ricercatori di essere in posizione quando salgono in superficie per attaccarvi rapidamente i tag”.
Questo successo non dovrebbe essere una completa sorpresa. Il programma di droni di Ocean Alliance, guidato dall’ingegnere, capo pilota e raccoglitore di moccio di balena Chris Zadra, è ormai ben consolidato. Nessun altro team al mondo ha così tanta esperienza nel pilotare i droni sopra le balene.
Spiega che ogni lancio di tag segue il classico approccio di SnotBot, volando dietro la balena mentre sta per espirare. Quando la schiena dell’animale si inarca sopra la superficie, il tag viene rilasciato dal pilota. Viene mantenuto in posizione verticale durante la discesa con l’aggiunta di alcuni attacchi stampati in 3D. Una volta che il dispositivo è in posizione, la pressione indotta dall’immersione della balena assicura che sia sicuro. I tag vengono rilasciati con meccanismi di temporizzazione fissi che permettono ai ricercatori di rintracciarli e raccoglierli un numero predeterminato di ore dopo.
Non solo questa nuova soluzione non è invasiva e relativamente priva di stress per tutte le persone coinvolte, ma è più intelligente, più veloce e più economica dell’approccio tradizionale. Kerr ritiene che sarà un cambiamento di gioco in parti del mondo dove ci sono popolazioni di balene a cui i ricercatori non sono mai stati in grado di avvicinarsi, come l’Islanda e il Madagascar.
Sviluppare una soluzione di tagging
Un obiettivo chiave di Ocean Alliance è quello di democratizzare l’accesso agli sforzi di conservazione delle balene. Questo significa ideare soluzioni più economiche e accessibili e condividerle con la comunità di ricerca più ampia.
“Ci sono un paio di cose che guardiamo quando decidiamo quale idea perseguire”, spiega Zadra. “Non siamo una grande azienda di ingegneria, quindi la prima cosa è che deve essere semplice. Poi guardiamo quale tecnologia è disponibile. Idealmente, prendiamo qualcosa dallo scaffale, lo modifichiamo e lo usiamo in modo da realizzare qualsiasi obiettivo a cui miriamo. Ogni soluzione drone ha lo scopo di rendere una forma attuale di ricerca sui mammiferi marini più facile, più economica o più accessibile. Il tagging era una combinazione perfetta di tutto questo”.
Il processo di sviluppo è iniziato nell’agosto 2021, quando una conversazione tra David Wiley del NOAA e Iain Kerr ha trasformato un’ambizione a lungo mantenuta in un prossimo progetto realizzabile. OceanX ha accettato di finanziare il processo di sviluppo e il team si è messo al lavoro.
Anche se un drone è sempre stato al centro della soluzione, il metodo esatto di attacco dei tag era in discussione. “Avevamo una mezza dozzina di idee che volevamo provare, ma abbiamo iniziato con la più semplice: far cadere il tag”, dice Kerr.
Di solito soluzioni come questa diventano più complesse ad ogni iterazione. Ma il metodo e le attrezzature necessarie si sono semplificate con il passare del tempo. Gli studenti dell’Università del Michigan sono stati incaricati di calcolare la quantità di pressione necessaria; la forza della caduta e il peso dell’etichetta si sono dimostrati sufficienti per tenere le ventose in posizione. Zadra ha prototipato un telaio e una serie di attacchi stampati in 3D per garantire che i tag cadessero con il giusto angolo.
Gli attacchi stampati in 3D mantengono i tag di dati orizzontali mentre cadono. I tag vengono rilasciati da un meccanismo a perno radiocomandato che si trova sul lato inferiore di un DJI M210.
Più di 200 voli di prova dopo, il concetto era pronto per la realtà. Alla fine di febbraio 2022, il team di Ocean Alliance è partito per il Messico per testare la nuova tecnica di distribuzione dei tag in natura.
Una nave di ricerca volante a basso costo
Quando si studiano le balene, sono necessari permessi e autorizzazioni speciali. Quando si stanno testando nuovi modi per studiare le balene, ci sono ancora più complicazioni.
È qui che la tecnologia dei droni offre capacità inestimabili. In teoria, il DJI M210 può rintracciare una balena, raccogliere il suo moccio, far cadere un tag, documentare il processo e filmare la reazione dell’animale (o la sua mancanza) con le sue telecamere di bordo. È una nave di ricerca volante che fornisce non solo capacità di ricerca innovative, ma un modo per verificare tali capacità e valutare il loro impatto.
Un esempio è il filmato che Ocean Alliance ha raccolto mentre lasciava cadere i tag sulle balene nel Golfo della California. Il team sta ancora analizzando i filmati delle cadute di prova, ma dal loro piccolo campione le balene non hanno mostrato alcuna risposta rilevabile per essere etichettate. E questa è una prova empirica che può essere condivisa con le autorità competenti, piuttosto che un resoconto dell’accaduto.
La prospettiva aerea fornisce anche intuizioni che altrimenti si perderebbero. “Da una barca, può sembrare solo una balena che fa cose da balena”, dice Zadra. “Ma dal drone puoi vedere tutti questi piccoli comportamenti che altrimenti non riconosceresti”. Questi vanno dal sollevamento di una pinna a uno scoppio di velocità ingannevole.
Ci sono anche benefici finanziari. Una delle barriere più significative per i ricercatori marini è il costo. Le spedizioni di tagging richiedono tipicamente decine di migliaia di dollari di finanziamento – in parte perché sono necessarie diverse barche e un grande team di esperti internazionali. Utilizzando i droni DJI, il team di Ocean Alliance ha dimostrato un modo alternativo per raccogliere dati che è drasticamente più economico e meno impegnativo.
“In generale, avere una squadra e una barca che deve arrivare a 15 piedi da una balena è altamente inefficiente”, spiega Kerr. “La maggior parte dei nostri schieramenti erano su balene a 500 metri di distanza. Le squadre su pali non ci avrebbero nemmeno provato. Per un biologo marino, guardiamo l’analisi costi/benefici: quanto ci costerà raccogliere quei dati? Usando i droni il costo per ogni tag riuscita è radicalmente più economico. È uno strumento di trasformazione”.
Questi risparmi non tengono nemmeno conto dei dati extra che un drone consente rispetto a una missione standard di etichettatura.
Rompere lo stereotipo dello scienziato
Il team di Ocean Alliance è unico. Sono costruttori, innovatori e pionieri, ma sono anche scienziati rigorosi consapevoli della responsabilità che deriva dalla ricerca di specie protette. Di conseguenza, i risultati ufficiali della spedizione di etichettatura saranno pubblicati più tardi quest’anno. Ciò che può essere condiviso fino ad allora è limitato.
Kerr spera che la nuova soluzione ispirerà e permetterà ai ricercatori marini di tutto il mondo. “Sto cercando di rompere lo stereotipo di ciò che è uno scienziato”, dice.
“Ci sono enormi sfide per l’umanità, ma non è mai stato un momento più eccitante per essere coinvolti in questo campo. Gli strumenti che DJI sta sviluppando stanno cambiando il gioco – non solo nel modo in cui raccogliamo i dati e cosa può essere raccolto, ma in termini di chi può raccogliere quei dati. Questo è solo l’inizio”. – Dr. Iain Kerr, Ocean Alliance
C’è anche la speranza che la conservazione possa diventare un settore consolidato nell’industria dei droni, e che le aziende di tutto il mondo possano costruire hardware e applicazioni incentrate sulla ricerca da affiancare alle piattaforme aziendali e agli SDK disponibili al momento. Come sottolinea Kerr, “la conservazione della fauna selvatica è un’industria multimiliardaria. La gente si preoccupa dei nostri oceani e del cambiamento climatico. Hanno solo bisogno di accedere alle informazioni”.
Con ogni nuovo studio impariamo di più sull’importanza delle balene per la cattura del carbonio e gli ecosistemi che sostengono. L’adozione dei droni da parte di Ocean Alliance significa che i ricercatori di tutto il mondo possono fare ricerche più approfondite su questi animali e contribuire a ripristinare il loro numero. Ci sarà probabilmente un’ondata di dati raccolti grazie alle ultime scoperte dell’organizzazione. Sviluppare un modo efficiente per etichettare le balene può sembrare una goccia nell’oceano, ma è un passo necessario se vogliamo salvaguardare il futuro del pianeta.