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I robot killer possono aiutare a salvare la grande barriera corallina?

I ricercatori in Australia stanno usando una tecnologia autonoma per combattere un parassita notoriamente difficile da uccidere

Illustrazione: Derek Ercolano

Ne vedo uno in una limpida mattina di settembre, mentre nuoto nelle acque tiepide intorno alla Grande barriera corallina. Una stella marina che colpisce, il colore del cabernet e che sfoggia più di una dozzina di braccia, abbraccia il lato di una cresta leggermente curva di corallo. Sembra adorabile e pericoloso, e non solo perché so che le lunghe spine che lo ricoprono sono laccate di veleno.

Questa creatura, situata a due ore di barca da Townsville, al largo della costa nord-orientale dell'Australia, è conosciuta come la stella marina della corona di spine. Mentre è il primo che abbia mai visto, è tutt'altro che solo. Dal 2010, una loro piaga, numerata da qualche parte in milioni, ha consumato metodicamente la Grande Barriera Corallina, rappresentandone un'altra in una serie di minacce esistenziali a un sistema di barriera corallina già ferito da intensi uragani e indebolito da attacchi di acque eccezionalmente calde .

Né è questo il primo focolaio. Dal 1962, le loro popolazioni sono salite alle stelle allo stato di "scoppio" sulla scogliera ogni 17 anni circa, iniziando a nord di Cairns e diffondendo a sud in onde, le larve che galleggiano liberamente trasportate dalle correnti. Dopo essersi sistemati su una scogliera, si trasformano in piccole stelle, impossibili da individuare. Non iniziano a mangiare coralli fino a quando non raggiungono almeno sei mesi, mentre sono ancora più piccoli di un centesimo.

Foto dell'autore.

Ma da lì, iniziano a crescere e mangiare sul serio, presto assomigliando al loro omonimo biblico. Le stelle marine diventano un esercito che marcia su stomachi estrusi dalle loro bocche, digerendo il sottile strato di corallo vivente sotto di loro, favorendo i coralli a crescita più rapida, il più duramente colpito dallo sbiancamento provocato dall'aumento delle temperature del mare.

Tutto ciò è un modo di dire: chiaramente, questa creatura davanti a me deve morire. Ma i due sub che hanno il compito di uccidere la corona di spine lungo questa barriera corallina non si vedono da nessuna parte. In poco tempo, il cattivo pungente e pungente è scomparso. Qui entrano in gioco i robot assassini.

Due giorni prima, ero in un laboratorio illuminato a Brisbane, a 800 miglia lungo la costa, con in mano un tablet Samsung e pianificato un omicidio mirato. Davanti a me c'erano cinque robot sottomarini, ciascuno lungo circa 2,5 piedi e largo 1,5 piedi. Erano di colore giallo e nero, come calabroni, e avevano una puntura da abbinare: ognuno in grado di trovare e uccidere le stelle marine della corona di spine senza intervento umano. "Questo è un RangerBot", afferma Matthew Dunbabin, allegro robotico dell'Università della Tecnologia del Queensland.

L'idea di RangerBot è iniziata nel 2005, quando Dunbabin e uno studente hanno creato un algoritmo in grado di riconoscere i parassiti. Mentre il loro sistema ha identificato correttamente le stelle marine circa il 67 percento delle volte - considerato lo stato dell'arte all'epoca - Dunbabin è stato ostacolato da una sfida molto più pratica: la meccanica di ucciderle effettivamente.

Foto per gentile concessione della Queensland University of Technology.

In passato, la gente aveva tentato in molti modi di uccidere la corona di spine: estraendole manualmente dalle barriere per lo smaltimento a terra; erogare una scossa elettrica; tagliare i loro corpi (solo per farli rigenerare); o iniettando i loro corpi e verso l'alto di 20 braccia con sostanze chimiche tossiche o acide - il metodo favorito dal piccolo numero di subacquei che lavorano all'epoca per abbattere le popolazioni di stelle marine in siti turistici popolari.

Il programma di Dunbabin poteva riconoscere le stelle marine, ma era ben lungi dall'essere in possesso della tecnologia per ucciderle. Fortunatamente, non ne aveva bisogno. Nel 2014, i ricercatori hanno scoperto che una soluzione derivata da sale e bile induceva una reazione immunitaria estrema e mortale nella corona di spine, eliminando tutte le stelle marine tranne la più grande con un solo colpo da 10 millilitri.

"Questo è stato il punto di svolta", ha detto Dunbabin. "Quando l'abbiamo sentito, abbiamo pensato," Ok, possiamo rivisitare questo "."

Lui e i suoi colleghi hanno iniziato a costruire il predecessore di RangerBot, un veicolo autonomo a forma di siluro giallo chiamato COTSbot (COTS è l'acronimo di starfish della corona di spine). Attaccato sotto il suo corpo c'era un braccio pieghevole pneumatico dotato di una siringa per iniettare la soluzione di sale biliare. Portava due litri di soluzione, sufficienti per 200 iniezioni per viaggio.

Per raccogliere immagini per addestrare il sistema di rilevamento del COTSbot (e aiutare a capire gli angoli e la posizione migliori per erogare le iniezioni), Dunbabin ha attaccato le telecamere GoPro alle pistole a iniezione dei subacquei che combattevano la barriera corallina per le stelle marine. Il team di Dunbabin ha quindi alimentato queste e altre immagini - più di 100.000 in totale - in un modello di apprendimento profondo, che, con l'aiuto del collega Feras Dayoub di Dunbabin, ha imparato a distinguere una stella marina con molte spine della corona da, ad esempio, una ramificazione corallo di cervo.

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Lo sviluppo di un robot killer autonomo non è stato senza sfide. Le immagini da Internet, utilizzate nelle prime fasi di sviluppo della visione robotica, erano spesso quelle che Dunbabin chiamava "colpi glamour", perfettamente inquadrati e illuminati, piuttosto che le stelle marine seminascoste avvolte attorno al corallo che il robot aveva maggiori probabilità di incontrare. Allo stesso tempo, il team di robotica voleva evitare di incastrare l'equipaggiamento in una barriera corallina mentre inseguiva quelle creature nascoste e decise di concentrarsi sulle stelle marine che consideravano relativamente accessibili, cioè con almeno il 40 percento del suo corpo in mostra.

COTSbot ha sviluppato la capacità di identificare queste stelle marine con una precisione del 99,4 per cento e, secondo Dunbabin, ha consegnato iniezioni a oltre 200 stelle marine nella sua vita robotica di due anni. Ma a più di un metro e mezzo di lunghezza e 66 sterline e costando decine di migliaia di dollari, COTSbot - che richiedeva anche un esperto per operare - era una prova del concetto, non uno strumento finale. Era tempo di una riprogettazione completa.

Il motivo preciso dietro gli scoppi della corona di spine non è chiaro, ma diversi fattori sembrano essere in gioco. Innanzitutto, le stelle marine crescono rapidamente e si riproducono abbondantemente. Una singola femmina può rilasciare fino a 65 milioni di uova all'anno. In secondo luogo, i nutrienti che lavano via fonti come le fattorie di canna da zucchero inondano le acque costiere, fornendo cibo abbondante per il fitoplancton consumato dalle stelle marine larvali. Infine, le persone hanno sovrascritto i predatori che mangiano questi invertebrati, ad ogni livello. In queste condizioni, le stelle marine della corona di spine sembrano prosperare. La Grande barriera corallina, meno.

Tuttavia, il governo australiano è sembrato lento ad affrontare i boom delle stelle marine che mangiano coralli fino a poco tempo fa, poiché le prospettive generali per il corallo sono diventate sempre più disastrose. "Il programma di controllo su larga scala del governo è iniziato nel 2012, quindi due anni dopo l'inizio dell'attuale epidemia", afferma Mary Bonin, vicedirettore del programma di gestione delle stelle marine della corona di spine per la Great Barrier Reef Marine Park Authority, il principale agenzia che gestisce la barriera corallina.

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Tra il 2012 e il 2017, il programma di controllo della corona di spine del governo consisteva in un'unica nave dedicata e nessuna strategia globale di cui parlare. Operava nella regione settentrionale, ricca di turisti, dove i sub addestrati iniettavano e uccidevano migliaia di stelle marine. Il governo ha aggiunto una seconda barca a gennaio 2017 e quest'anno porterà il totale a otto.

Ispirato alla diffusa adozione di droni volanti, Dunbabin si chiese: "Possiamo creare un drone del mare?"

Di recente, le agenzie federali e le università del Queensland, lo stato che confina con la Grande Barriera Corallina, hanno creato quella strategia tanto necessaria, sia su come guidare il programma di controllo sia su come dare priorità alla ricerca informandola. L'ecologo David Westcott sta aiutando a guidare questi sforzi, come dice, "In modo che non stiamo solo spendendo milioni di dollari ogni anno per uccidere cose".

Una grande sfida per il programma di abbattimento è che i subacquei devono rivisitare più volte la stessa barriera corallina - qualcosa che Bonin paragona a "diserbare un giardino" - perché le corone di spine sono spesso nascoste in labirinti di roccia e corallo e sono più attive a notte. "Anche quando vai in un sito con molte corone di spine, potresti uccidere tutti quelli che vedi, ma non li vedi tutti", afferma Morgan Pratchett, un ecologo della barriera corallina che studia queste stelle marine. "Questo è il grosso problema."

Ispirato dalla diffusa adozione di droni volanti, Dunbabin si chiedeva: "Possiamo creare un drone del mare?" Nel 2016, il suo team all'università ha collaborato con la Great Barrier Reef Foundation e ha richiesto (e vinto) AUD $ 750.000 in finanziamenti da Braccio filantropico di Google. Andando oltre l'idea di un robot killer, hanno proposto di sviluppare una sorta di coltellino svizzero di facile utilizzo a basso costo per il monitoraggio e la gestione della barriera corallina, qualcosa che potrebbe amministrare iniezioni letali alle stelle marine come ha fatto COTSbot, ma anche gestire compiti come come il rilevamento di coralli, la raccolta di campioni d'acqua e la mappatura del fondo oceanico.

Due anni dopo, è nato RangerBot. Questo robot, circa la metà delle dimensioni e il peso di COTSbot e un ottavo del costo, si basa su tre sistemi di visione robotica: uno per identificare la corona di spine, uno per la navigazione e uno per la registrazione e la sorveglianza delle immagini. "Vede" usando una telecamera stereo anteriore e una discendente, ciascuna affiancata da una coppia di luci, rendendo ora possibili le missioni notturne. Il passaggio da cinque a sei propulsori consente una migliore manovra nei complessi di coralli delicati e un posizionamento più preciso sulle stelle marine - una grande difficoltà per COTSbot, che non aveva controllo laterale. Il sistema, controllato tramite tablet, è straordinariamente facile da usare, che richiede poco attraverso una formazione formale. Le batterie rimovibili in grado di alimentare missioni della durata massima di otto ore aggiungono ancora più flessibilità.

Foto per gentile concessione della Queensland University of Technology.

"Non supereremo mai un essere umano in termini di destrezza, capacità di guardare sotto i coralli", afferma Dunbabin delle capacità di ricerca e uccisione delle stelle marine di RangerBot, "ma ciò che potremmo fare è fornire loro gli strumenti che possono aiutarli a migliorare “.

RangerBot è ancora in fase di prova, ma questa suite di funzionalità potrebbe renderlo ideale per i sondaggi, fornendo una rapida ricognizione di dove le stelle marine sono più concentrate e aiutando i team di controllo a ottimizzare gli sforzi. Gli esperti prevedono inoltre di inviare i robot in acque più profonde o più pericolose per evitare rischi per i subacquei come una maggiore pressione, squali e coccodrilli. In questo momento, "RangerBot è probabilmente più efficace come macchina di sorveglianza piuttosto che come macchina di controllo", afferma Westcott, che tuttavia alla fine prevede di integrarlo nel programma di gestione. "Passerà molto tempo prima che abbiamo migliaia di queste cose sulla barriera corallina che uccidono le stelle marine della corona di spine."

Attualmente, Dunbabin ha cinque robot, con altri cinque in lavorazione. Ha ricevuto interesse per applicazioni varie come i sondaggi sulle alghe e le ispezioni di ormeggio. In ottobre, lui e un suo collaboratore hanno vinto circa $ 225.000 per un progetto di restauro dei coralli, che prevede l'adattamento di RangerBot per seminare barriere danneggiate con larve di corallo.

"Pensavo che sarei stato martellato dalla gente per aver costruito un robot killer", ha ammesso Dunbabin. Invece, i critici si chiedono se sia abbastanza killer.

L'autorità del parco marino ha osservato una dimostrazione completa di RangerBot a fine ottobre, che secondo Dunbabin porterà a ulteriori funzionalità e nuove applicazioni nei prossimi mesi. "La gente ha l'impressione che quella cosa sia lì fuori a uccidere le stelle marine in questo momento", afferma Bonin, che non vede l'ora di continuare a conoscerne il potenziale. "Non siamo ancora del tutto lì, ma è una tecnologia entusiasmante".

Il giorno che ho trascorso lo snorkeling vicino a Townsville, due sommozzatori hanno selezionato solo circa 70 stelle marine. Ma un subacqueo, Warren Haydon, un uomo che sembra felicemente sopravvissuto da cinque decenni di immersioni, afferma che sforzi simili fino a gennaio hanno prodotto circa 700 corone di spine. Sarebbero a corto di tempo e sostanze chimiche per uccidere tutte le stelle marine, ha detto. Quando ho visto quella barriera corallina, circa il 65 percento del suo corallo è stato danneggiato, principalmente dalla corona di spine.

Con i coralli che affrontano così tante minacce, il recupero non è garantito, ma la rimozione di una minaccia potrebbe rafforzare le loro possibilità. "I coralli stanno diventando più lenti", afferma Pratchett. "Ma spero ancora che ci sarà la ripresa."

Tuttavia, alcuni mettono in dubbio il valore di affrontare il problema. Nessuno pretende che il programma di abbattimento finirà lo scoppio attuale e il riscaldamento globale incombe sul futuro della Grande barriera corallina. Ma diversi esperti affermano che affrontare il problema delle stelle marine sembra qualcosa che possono e dovrebbero fare. Come ha detto Pratchett, "Non è come se qualcuno morisse di cancro, non si cura la propria infezione".

Rohan Kilby, come Haydon, ha abbattuto le stelle marine per due anni con una compagnia turistica locale. Dubita che un robot possa iniettare correttamente le stelle marine nel punto giusto e ucciderlo. "Sono molto, molto scettico che un robot sarà in grado di farlo", afferma Kilby. Bonin sollevò lo stesso problema.

"Pensavo che sarei stato martellato dalla gente per aver costruito un robot killer", ha ammesso Dunbabin. Invece, i critici si chiedono se sia abbastanza killer.

Sulla barriera corallina, ho visto da vicino cosa serve per uccidere queste stelle marine, le cui popolazioni native un giorno collasseranno da sole e, se non cambia nulla, ricominceranno il ciclo. Galleggiando appena sopra uno scaffale di corallo oro chiaro, ho visto Haydon fermarsi mentre inseriva la pistola a iniezione due volte in una scura stella marina blu e rossa. La caratteristica stella marina, larga più di un piede, non fece alcuna reazione ovvia, e io osservai Haydon che usava un gancio di metallo per tirarlo giù dalla scogliera e lasciare che la creatura cadesse dolcemente alla sua morte.