La scienza vive di dati. Pertanto, l’emergere dell’Internet delle cose (IoT) ha comportato una rivoluzione fantastica. Miliardi di “oggetti intelligenti” e pieni di sensori sono collegati tra loro e a numerosi server, catturando e scambiando, in tempo reale, enormi quantità di dati. Analizzati, accessibili e condivisibili in tutto il mondo, questi dati consentono ai ricercatori di osservare e comprendere molto del nostro pianeta come mai prima d’ora. Ma non proprio tutto il nostro pianeta: l’IoT non ci avvicina ai mari e agli oceani. L’acqua copre il 72% della superficie terrestre, i suoi volumi ospitano l’80% della biodiversità e svolgono un ruolo fondamentale nei fenomeni globali, come il cambiamento climatico.
Già da un po’ di tempo abbiamo cominciato ad installare stazioni di ricerca marina in tutto il mondo ed abbiamo creato anche un numero crescente di oggetti marini intelligenti (sensori, boe, veicoli autonomi, sonde). Si stanno inoltre gettando le basi per una rete wireless subacquea, che dovrebbe essere accessibile e affidabile come l’IoT, chiamata “Internet of Underwater Things” (IoUT). Pioniere nel settore è stata la Startup italiana WSense, che hai iniziato la sua avventura presso l’Università La Sapienza di Roma, dove la professoressa Chiara Petrioli dirige un laboratorio di ricerca. “Abbiamo iniziato a esaminare le reti sottomarine 10 anni fa”, afferma. “Volevamo trovare un modo per trasmettere informazioni in modo affidabile con elementi come i router in vaste aree.” Questa ricerca ha portato a soluzioni che “hanno raggiunto livelli di affidabilità e prestazioni in passato considerate impossibili” e sono stati depositati numerosi brevetti internazionali. Le potenziali applicazioni hanno supportato la creazione di uno spin-off: WSense è stato lanciato nel 2017 dalla operazione di una manciata di dottorandi e ingegneri con esperienza in acustica, architettura di rete, elaborazione del segnale, tra le altre aree. Oggi la startup impiega uno staff di 50 persone con uffici situati in Italia, Regno Unito e Norvegia. Ha circa 20 clienti: aziende della “blue economy” e istituzioni scientifiche. Le sue innovazioni sono state premiate nel 2022 da una Digital Challenge dell’Istituto Europeo di Innovazione e Tecnologia e da un premio Blueinvest della Commissione Europea.
Come si può immaginare, la “rete wireless” e la relativa rete-cugina “sott’acqua”: nel blu marino le onde radio sono notevolmente attenuate, la comunicazione luminosa o sonora varia molto a seconda della temperatura, del livello di salinità, del rumore di fondo: tutto doveva essere riconsiderato ed è esattamente ciò che ha fatto WSense.
La loro soluzione si basa su una combinazione innovativa di comunicazione acustica per le distanze a medio raggio e tecnologie LED ottiche per le brevi distanze, con un pizzico di intelligenza artificiale. Più specificamente, vengono utilizzati “nodi” sottomarini. Il trasferimento dei dati tra i nodi è costantemente ottimizzato dall’intelligenza artificiale: ogni volta che le condizioni del mare cambiano, gli algoritmi modificano la modalità di trasmissione dai pacchetti di byte (dati).
Il sistema, spiega Petrioli, può inviare dati fino a 1.000 metri alla velocità di 1 kbit/s e fino a diversi Mbit/s su distanze più brevi. Questa larghezza di banda non è paragonabile a quella delle reti aeree “ma stiamo lavorando per ampliarla” ma è comunque sufficiente per trasmettere i dati ambientali rilevati dai sensori.
La rete risultante è stabile, affidabile e aperta: è possibile collegare una pluralità di dispositivi (sensori, sonde, veicoli) di vario tipo e marca. WSense ha progettato la sua piattaforma prima per acque poco profonde (fino a 300 m di profondità), ma ora afferma che è operativa fino a -3000 m, aprendo ancora di più le porte agli oceani.
In superficie, gateway mobili (o posizionati su terreni vicini) collegano questa rete locale al cloud e quindi al resto del mondo. WSense progetta internamente tutto il software (dal software di rete all’elaborazione dei dati) nonché tutto l’hardware necessario: nodi, sonde, modem e gateway.
I dispositivi WSense sono ricchi di sensori. “Misurano parametri come temperatura, salinità, pH, clorofilla, presenza di metano, ammonio, fosfato, CO2, onde e maree, rumore di fondo”, spiega Petrioli. In poche parole: tutto il necessario per il follow-up in tempo reale e la sorveglianza estesa degli ambienti sottomarini.
L’acquacoltura è stato uno dei primi settori a mostrare interesse per WSense (e rimane un settore con clienti chiave). L’implementazione di una rete wireless che copre le gabbie di allevamento, senza cavi multipli e ingombranti, collega tutto ciò che serve per il monitoraggio del biotopo e il controllo dell’allevamento ittico. Parliamo di telecamere, sensori, ma anche robot.
“Stiamo sviluppando sistemi robotici autonomi”, afferma Petrioli. “Possiamo consentire a team di robot di comunicare e collaborare, inviare dati, ottenere istruzioni e modificare la propria missione in tempo reale”. A seguito di una richiesta di un cliente norvegese, il reparto di ricerca e sviluppo di WSense ha recentemente sviluppato un elemento indossabile per pesci ultra-miniaturizzato. Permette di osservare da vicino la vita e la salute degli animali, monitorando al tempo stesso la qualità dell’acqua. “Tutto questo va nella stessa direzione: fornire strumenti per andare oltre nella direzione di una piscicoltura più sostenibile”, afferma Petrioli.
Allo stesso modo, la piattaforma di WSense può rendere notevolmente più semplice il rilevamento di anomalie e il lavoro attorno alle stazioni offshore, nonché alle infrastrutture sottomarine, come gasdotti e oleodotti.
Quest’estate WSense ha lanciato un dispositivo in miniatura: un “micronodo” grande quanto un pacchetto di sigarette che serve a migliorare notevolmente la nostra esperienza di immersione sottomarina, proprio come le applicazioni per smartphone hanno contribuito ad arricchire la nostra vita quotidiana. Il dispositivo è collegato tramite cavo (e connettori LEMO Serie W) a un tablet stagno. Grazie a questa soluzione, i subacquei possono comunicare con la superficie e tra loro molto meglio che con il linguaggio dei segni. “Permette inoltre di ricevere informazioni in tempo reale su ciò che vedono intorno a sé”, spiega Chiara Petrioli. Inoltre, il “micronodo” è dotato di GPS, “che aumenta la sicurezza, poiché i subacquei saranno sempre localizzati con precisione e i loro dati saranno sempre trasmessi e ricevuti. Questa opzione apre anche nuovi modi di esplorare i siti archeologici. Sarà possibile, ad esempio, guidare i visitatori lungo itinerari predefiniti”, spiega Petroli. “Ci sono infinite possibilità!” Questo nuovo prodotto è stato presentato durante l’arrivo della prestigiosa “Ocean Race” (una sfida velica intorno al mondo) che si è tenuta a fine giugno a Genova (Italia).
Durante la sua ultima edizione, inoltre, il prestigioso World Economic Forum (WEF) ha premiato 10 aziende, tra cui WSense, vincitrice dell’Ocean Data Challenge, un evento per identificare le tecnologie più promettenti nella raccolta e gestione dei dati per la protezione degli oceani. Il premio dà accesso alla rete WEF, una piattaforma ideale per trovare persone che potrebbero fornire supporto per una crescita globale.
L’effetto è stato immediato: WSense ha passato le settimane successive a rispondere a un’ondata di domande. “Era enorme”, dice Petrioli. “Abbiamo potuto parlare con leader politici e scientifici, top manager, che spesso non erano consapevoli delle possibilità. Potremmo spiegare loro che l’Internet of Underwater Things non è una tecnologia profonda, ma una soluzione pronta per essere implementata”. Ma soprattutto, una soluzione che va sfruttata già da subito: “Non possiamo ritardare l’applicazione di queste soluzioni. Non dobbiamo continuare a ignorare tanti aspetti riguardanti lo sfruttamento degli oceani o il cambiamento climatico. Dobbiamo capire oggi, perché domani potrebbe essere troppo tardi”.
