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Lo sciame di droni conta-pinguini.

Lo sciame di droni conta-pinguini. Posted on 27 Dicembre 2020

Cape Crozier – 169° 21′ 30″ E, 77° 30′ 30″ S – la punta est dell’isola di Ross, nel mare di Ross in Antartide – è una delle più vaste colonie esistenti di pinguini Adélie: 600.000 individui (300.000 coppie). Come fare a contare adulti e pulcini con precisione? Durante il periodo riproduttivo (ottobre- febbraio) la colonia occupa una superficie di 2 chilometri quadrati ed è suddivisa in Crozier Est e Crozier Ovest, ciascuna delle quali è composta di sottocolonie. Immaginate un villaggio con una miriade di individui che vanno e vengono, in perpetuo movimento (guardare i due video in basso). Difficile contarli tutti con precisione, senza essere interrotti dal maltempo (tempeste di neve, vento forte….). Allora come fanno i ricercatori a censire i pinguini? Lavorare rapidamente è di cruciale importanza non solo per evitare al massimo di disturbare gli individui sul nido (e quelli che vanno e vengono dal mare) ma anche per scongiurare il maltempo. Prima si finisce, meglio è. L’operazione viene effettuata durante la stagione riproduttiva perché è l’unico periodo dell’anno in cui i pinguini tornano sulla terraferma, altrimenti sono in mare.

Nel passato il censimento si effettuava con sopralluoghi nella colonia per contare adulti, nidi e pulcini, confrontando i risultati con fotografie scattate da un elicottero e con foto satellitari; più recentemente scattando foto con un unico drone pilotato manualmente. Questi sistemi tuttavia richiedevano alcuni giorni di lavoro e potevano esserci degli errori.

Nella stagione 2019-2020 è cambiato tutto: a Cape Crozier è sbarcata un’equipe di ricercatori americani che ha portato con sé uno sciame di quattro droni che hanno volato simultaneamente sopra la vastissima colonia, guidati e coordinati via computer, grazie un algoritmo progettato da uno degli autori dello studio. L’algoritmo ha il buffo acronimo di « POPCORN »: Population Counting with Overhead Robotic Networks. Il suo scopo è quello di elaborare le migliori traiettorie di sorvolo della colonia per ottimizzare il tempo di volo (le basse temperature esauriscono rapidamente le batterie dei droni), limitare il disturbo ai pinguini e ottenere il maggior numero di immagini ad alta risoluzione nel minor tempo possibile. Queste informazioni sono poi trasmesse al sistema operativo che guida lo sciame di droni lanciati simultaneamente. Il Programma polare americano – che gestisce la base di McMurdo sull’isola di Ross situata a 70 miglia da Cape Crozier – richiede che in caso di operazioni con droni i ricercatori abbiano un riscontro visivo dell’area in cui volano i robot: in caso di necessità difatti devono riprendere il controllo manuale delle operazioni. L’algoritmo POPCORN lo consente.

I risultati dello studio – finanziato dalla National Science Foundation, NSF- sono stati pubblicati il 20 novembre su Science Robotics. Gli autori sono: Kunal Shah del Dipartimento di Ingegneria Meccanica della Stanford University; Grant Ballard e Annie Schmidt di Point Blue Conservation Science (Petaluma, California) e Marc Schwager del Dipartimento di Aeronautica e Astronautica della Stanford University.

L’altezza di volo dei droni sopra la colonia è stata fissata a 50 metri – lungo traiettorie di forma geometrica stabilite dall’algoritmo (vedere qui sotto); gli autori scrivono che l’algoritmo che stabilisce le traiettorie dei droni è simile a quelli che gestiscono un robot-aspirapolvere, che per pulire il pavimento di una stanza segue traiettorie ben precise…..

Le immagini scattate – 2000 per ogni sezione di colonia – vengono poi unite e combinate insieme per formare un’unica immagine-mosaico e un algoritmo provvede a contare i pinguini. L’operazione di foto-censimento a Cape Crozier con quattro droni che volano simultaneamente ha richiesto tre ore, contro due giorni di lavoro utilizzando un singolo drone pilotato manualmente. La flottiglia di droni ha volato anche sulla più meridionale delle colonie di Adelie in Antartide, quella di Cape Royds (77.5554°S, 166.1580°E) sempre sull’isola di Ross. E’ molto più piccola della colonia di Cape Crozier e conta solo 3.000 nidi.

In totale – fra ottobre 2019 e febbraio 2020 sono stati effettuati 10 censimenti aerei delle colonie utilizzando lo sciame di droni: otto survey a Cape Crozier e due a Cape Royds.

Qui due video dell’operazione: autore Kunal Shah. UNODUE.

I dati ottenuti serviranno per stabilire le dimensioni esatte della popolazione di pinguini Adélie nidificanti a Cape Crozier (e a Cape Royds), il numero di pulcini nati nell’estate australe, la variabilità delle condizioni ambientali anno dopo anno e il numero di pulcini prodotti anno dopo anno onde per stabilire il successo riproduttivo della colonia, che puo’ variare in base alle condizioni ambientali. «Gli Adélie sono delle sentinelle del cambiamento climatico », spiega Grant Ballard, Principal investigator del progetto, « conoscere con precisione quanti Adélie compongono la colonia di Cape Crozier è un importante strumento per monitorare le condizioni ambientali ». Dal canto suo la collega Annie Schmidt sottolinea che con questo sistema – rapido ed efficace – si ottengono preziose informazioni sulle condizioni ambientali nelle differenti sezioni della colonia e in vari periodi della stagione riproduttiva; questo permetterà di monitorare anno dopo anno il successo riproduttivo della colonia.

Contrariamente a tutte le previsioni la colonia di Cape Crozier – anziché diminuire perché consuma una enorme quantità di cibo- sta crescendo anzi pare sia addirittura raddoppiata. Il numero dei pinguini aumenta sempre più e secondo i ricercatori le spiegazioni potrebbero essere due: (1) Adélie e merluzzo antartico (Antarctic toothfish, Dissostichus mawsoni) si nutrono entrambi di silverfish – pesciolini Pleuragramma antarctica, vedi qui sopra; poiché la popolazione di Dissostichus mawsoni è calata drasticamente a causa della pesca industriale, la biomassa di Pleuragramma è più disponibile per gli Adélie. (2) Cambiamenti nelle condizioni del ghiaccio marino.

Terminata l’estate australe 2019-2020 (un anno fa) i ricercatori sono rientrati negli Stati Uniti e stanno l’elaborazione dei dati; mentre Grant Ballard e la collega Annie Schmidt – sono tornati a Cape Crozier poche settimane fa per effettuare altri studi. Aspettiamo quindi i nuovi risultati del censimento di quest’anno (2020-2021). Sarà formidabile conoscere con precisione quanti Adélie abitano la colonia di Cape Crozier e quindi pulcini sono nati quest’anno.

Cape Crozier è stato scoperto nel gennaio 1841 da James Clark Ross – durante la sua spedizione antartica del 1839-1843 con l’Erebus e la Terror. Ross battezzo’ la località con il nome del suo secondo, Francis Moira Rawdon Crozier, capitano della Terror.

Nel cuore dell’inverno polare del 1911 Cape Crozier fu anche la meta dell’avventurosa  spedizione con slitte di tre compagni del Capitano Scott (spedizione della Terra Nova): Edward Wilson, Henry Bowers e Apsley Cherry-Garrard, che quest’ultimo descrisse nell’opera «Il peggior viaggio del mondo ». Scopo della spedizione era quello di raccogliere uova di pinguino imperatore. Cape Crozier è una Antarctic Specially Protected Area (ASPA, n.124) di circa 70 km2 (47 km2 in mare, 27 km2 in terraferma) e occorre una speciale autorizzazione per visitarla. L’area ospita una delle più grandi colonie al mondo di Adélie – con la colonia di Cape Adare – ma anche una delle più vaste colonie esistenti al mondo di skua antartico (Stercorarius maccormicki) circa 1.000 coppie nidificanti nell’estate australe, esattamente di fianco alla colonia di Adélie…., mentre sul ghiaccio marino, tra le anfrattuosità della piattaforma di Ross si riproducono 600 coppie di pinguini imperatore. E’ stata designata Important Bird  Area (IBA) da BirdlLfe International. 

IL CREDITO DELLA FOTO DI APERTURA E’ (c) Annie Schmidt. Il pinguino Adélie sul nido con due pulcini è di (c) Lucia SIMION (Adélie della colonia di Edmonson Point Ross Sea). La foto degli Adélie in riva al mare (colonia di Cape Crozier) è di (c) Mike Lucibella/US Antarctic Photo Library, Caporedattore dell’Antarctic Sun – così come la foto dell’Adélie che scaccia uno skua (c) M. Lucibella/US Antarctic Photo Library. Le altre immagini sono tratte dalla pubblicazione su Science Robotics e il credito è degli autori della pubblicazione.