Dal progetto M.A.R.T.A. del Cnr metodi innovativi per lo studio delle correnti marine e la rilevazione di microplastiche in mare
Giunge alla sua conclusione il progetto M.A.R.T.A. (MultipiattAforma smaRt drifTer – UAV – SAPR per indagini mArine | POR CREO FESR 2014/2020, Bandi RS, Bando 2 “M.A.R.T.A. Progetti di ricerca e sviluppo per le MPMI 2020” | Azione 1.1.5, Sub-azione a1.) che si propone di definire e validare un metodo innovativo per lo studio delle correnti marine e della presenza di microplastiche in mare.
Il partenariato di M.A.R.T.A. è numeroso e multidisciplinare. Tre istituti di ricerca del Consiglio nazionale delle ricerche: Istituto di chimica dei composti organometallici (Cnr-Iccom) di Pisa, Istituto per i processi chimico fisici (Cnr-Ipcf) di Pisa e Istituto di scienze marine (Cnr-Ismar) di La Spezia; e cinque aziende toscane: Sigma Ingegneria, capofila di progetto; DMG engineering, MDM Team, e con la consulenza di Dreamslab srl e TREE-TOWER spin-off rispettivamente di SNS e IMT Lucca.
Gli obiettivi del progetto
L’idea di M.A.R.T.A. nasce dall’Istituto di scienze marine del Cnr, che grazie alla sua esperienza nello studio delle correnti, ha promosso la sinergia tra Centri di Ricerca, Università, piccole-medie industrie e fondazioni che, condividendo infrastrutture e risorse, hanno lavorato insieme per il miglioramento della qualità della ricerca marina.
Con la progettazione e lo sviluppo dello Smart Drifter Cluster (SDC), il progetto M.A.R.T.A. introduce il concetto di cluster nell’ambito del monitoraggio marino. Si tratta di una pluralità di innovativi eco-drifter (eco-boe passive) intercomunicanti tra loro in modo adattivo e intelligente e da un sistema di previsione e monitoraggio della dinamica del cluster di drifter. Inoltre, sempre nell’ambito del progetto, è stato progettato e realizzato un sensore economico in grado di rilevare le microplastiche in acqua. Tale innovativo sensore, insieme ad altri standard (temperatura, PH, salinità ecc.) utilizzati per il monitoraggio marino, sono stati installati sui drifter dello SDC. L’ SDC è stato inoltre affiancato da un drone marino motorizzato, in grado di intercettare il segnale radio trasmesso dai drifter e inviarlo su rete wireless o satellitare. Tale drone ha a bordo anche una sonda multi-parametrica di alto livello per l’analisi e la raccolta di campioni da effettuare in acqua e può essere anche “lanciato” da aree costiere o da imbarcazioni. Il tutto costituisce l’innovativa piattaforma intelligente, multi-strumentale e multi-funzionale M.A.R.T.A.
Innovazioni in M.A.R.T.A.
Le principali innovazioni introdotte dal progetto M.A.R.T.A. sono strettamente connesse all’idea di Smart Drifter Cluster nata da Cnr-Ismar. Il sistema sfrutta un insieme di Smart Drifter marini a basso costo per consentire una raccolta dati a basso consumo energetico, anche su grandi distanze.
Gli Smart Drifter passivi (privi di motorizzazione), realizzati in collaborazione tra MDM Team, per la struttura innovativa fortemente modulare, e DMG engineering, responsabile dello sviluppo dei componenti elettronici, della comunicazione tra i drifter e i droni che costituiscono il sistema e dell’integrazione di sensori ad hoc per il monitoraggio e la mappatura real-time di sversamenti e concentrazioni in mare di idrocarburi, altri inquinanti organici e inorganici. Tra questi, il sensore sviluppato con il contributo di Cnr-Iccom: compatto, a basso consumo ed, estremamente economico, per l’identificazione in tempo reale di microplastiche nell’ambiente marino. Il sensore è in grado di misurare la riflettività su tre ampie bande spettrali nella regione del vicino infrarosso (a lunghezze d’onda comprese tra 0.95 e 2.6 micron) dei micro materiali galleggianti incontrati dai drifter durante i loro spostamenti. Questo consente non soltanto di identificare le microplastiche rispetto ad altri materiali – frammenti di legno, alghe o plancton, ad esempio – ma anche di discriminare con ottima precisione i diversi materiali plastici presenti in superficie. Il costo quasi irrisorio di questo nuovo strumento ne consente, in linea di principio, l’installazione su tutta la flotta dei drifter, in maniera tale da ottenere un campionamento su ampie zone di mare. Inoltre, i dati relativi, elaborati on board in tempo reale e geolocalizzati, consentiranno di realizzare delle vere e proprie mappe di tipologia e concentrazione delle microplastiche incontrate durante gli spostamenti dei drifter.
Oltre agli smart drifter passivi, il sistema è completato da uno o più Drifter master, droni marini autonomi sviluppati da MDM Team, capaci di identificare e seguire sotto-cluster di drifter passivi, gestendo autonomamente una eventuale allontanamento causato dalle correnti, inviando dati a terra mediante comunicazione satellitare.
Infine, il drone marino motorizzato sviluppato da Sigma Ingegneria è integrabile con il sensore che rileva le microplastiche e, in presenza di determinati parametri, è in grado di raccogliere campioni d’acqua per effettuare analisi successive più accurate in laboratorio. I dati raccolti dal drone marino e dai drifter, vengono inviati ad un drone aereo multifunzione, il quale oltre a effettuare anch’esso attività di monitoraggio classico, riceve in tempo reale le informazioni provenienti dalle altre piattaforme poste a una certa distanza, limitando, laddove possibile, spostamenti molto costosi con imbarcazioni e operatori a bordo.
In M.A.R.T.A anche lo studio relativo allo sviluppo di nuovi materiali con applicazione dei principi della chimica verde per la realizzazione dei drifter galleggianti costituisce un aspetto totalmente innovativo all’interno del progetto. Sono state infatti sviluppate le prime formulazioni in composito a base di PLA (acido polilattico) con l’aggiunta – come rinforzo – di fibre vegetali provenienti da scarti agroalimentari, potenzialmente processabili con le stesse tecnologie impiegate per la stampa delle componenti tradizionali del drifter (materiali plastici tradizionali di origine petrolchimica). Questa particolare attenzione alla sostituzione dei materiali attualmente utilizzati per la realizzazione dei drifters favorisce un approccio che riduce l’impatto ambientale nel caso di smarrimento in mare dei drifter e vede, tra gli sviluppi futuri del progetto, la possibilità di realizzare nuove formulazioni biodegradabili nel contesto di applicazione del drifter, grazie alle competenze di Cnr- Ipcf, che da anni si occupa dello studio della chimica di degradazione dei materiali in ambiente anche marino, in collaborazione con Cnr-Ismar.
Come funziona il sistema M.A.R.T.A: ultimi test a Tellaro.
Proprio negli ultimi giorni di dicembre, grazie anche al supporto logistico del Centro Nautico e Sommozzatori della Polizia di Stato di La Spezia (CNeS), si sono svolti a Tellàro (Lerici, La Spezia) i test conclusivi per M.A.R.T.A.
Due Smart Drifter dotati di sensoristica sono stati rilasciati in mare a un miglio nautico dalla costa, mentre il Drifter motorizzato (drone marino) è stato utilizzato per raccogliere i dati di monitoraggio registrati dalle boe, inviati tramite connessione satellitare ad un server su Cloud.
Un ulteriore drone, questa volta aereo, sorvolando in prossimità della costa, ha avuto il compito di captare i segnali dei Drifter e di scaricarne i dati per la storicizzazione e l’analisi off-line.
Tra le caratteristiche fondamentali del sistema M.A.R.T.A: robustezza, dimensioni compatte e bassi costi. Le prospettive future del suo utilizzo, scientifico ma anche commerciale, sono infatti di notevole portata.