Sensori e IA per ascoltare la voce dello Jonio 

Il progetto VONGOLA, realizzato dal CSFNSM e dalle Università di Catania, Università Mediterranea di Reggio Calabria e l’azienda Nadir Byte, usa una rete di sensori e algoritmi di intelligenza artificiale per monitorare in tempo reale i fondali lungo la dorsale jonica. L’obiettivo è una tutela non invasiva ed efficiente degli ecosistemi marini

Un sistema innovativo per il monitoraggio della fauna ittica: la prima rete di monitoraggio acustico lungo la dorsale jonica ‘ascolta’ il mare e trasforma i segnali in dati per la tutela della biodiversità. I sensori impiegati sono così sensibili da cogliere il crepitio dei gamberetti e, al tempo stesso, abbastanza potenti da rilevare il rumore delle grandi navi a chilometri di distanza: un duplice registro di ascolto che incarna lo scopo del progetto, monitorare la fauna e misurare l’impatto dell’antropizzazione sull’equilibrio dell’ecosistema marino. Tutto questo è VONGOLA – Visual and nOise-eNhanced AI Analysis for Marine Biodiversity MonitorinG, Observation and LeArning – progetto Pnrr nell’ambito del Centro Nazionale per la Biodiversità (NBFC – NextGenerationEU) realizzato dal Centro Siciliano di Fisica Nucleare e di Struttura della Materia e dall’Università di Catania, Università Mediterranea di Reggio Calabria e l’azienda Nadir Byte che integra intelligenza artificiale, sensori acustici e osservatori multiparametrici per il primo sistema in Europa e nel Mediterraneo che analizza in tempo reale la fauna marina.

Il progetto coinvolge oltre 30 tra ricercatrici, ricercatori e tecnici, attivando una collaborazione multidisciplinare che include fisici, ingegneri e biologi marini. La rete conta tre siti pilota – porto di Catania, Stretto di Messina e Area Marina Protetta del Plemmirio – e utilizza un’infrastruttura che corre per circa 40 chilometri di cavi fino a 2.100 metri di profondità, con la prima installazione di questo tipo in Europa nel Mediterraneo e il primo idrofono cablato nello Stretto di Messina.

«Il Mar Mediterraneo è come un grande laboratorio per il monitoraggio sottomarino. Un luogo in cui fare ricerca d’avanguardia e sviluppare tecnologie innovative a servizio dell’ambiente e della tutela della biodiversità. E’ di questo che si occupa il progetto di ricerca Vongola», afferma Alessia Tricomi, direttrice del Centro Siciliano di Fisica Nucleare e di Struttura della Materia e coordinatrice del Progetto Vongola. «Il nome sintetizza bene il cuore delle attività di ricerca e il loro carattere di innovazione: Vongola, infatti, usa tecnologie avanzate per registrare e interpretare i segnali antropici, biologici e geofisici dei fondali con lo scopo di comprendere l’impatto delle attività umane sugli ecosistemi marini e trasformarle in conoscenza a supporto di azioni di tutela e conservazione della biodiversità».

Gli elementi di innovazione. 

VONGOLA introduce un approccio integrato al monitoraggio sottomarino che combina reti sensoriali acustiche e sistemi video con algoritmi di intelligenza artificiale e computer vision. L’infrastruttura elabora i flussi in tempo reale, riconosce e classifica segnali antropici e biologici trasformandoli in indicatori utili per enti gestori, aree marine protette e decisori pubblici. La metodologia è non invasiva, scalabile e pensata per ridurre i tempi tra acquisizione del dato e azioni di tutela.

Elemento distintivo è il Distributed Acoustic Sensor (Das) installato sul cavo elettroottico dell’Istituto nazionale di fisica nucleare al porto di Catania: un prototipo di riflettometro ottico (sviluppato da Alcatel Submarine Network) che, grazie a tecnologia laser, ‘spezza’ la fibra in migliaia di punti di ascolto virtuali, equivalenti a una catena di microfoni lungo 40 km di cavo fino a 2100 m di profondità. Il sistema acquisisce i suoni in continuo e distingue le sorgenti come ad esempio il passaggio delle navi o le vocalizzazioni dei cetacei, restituendo mappe spaziotemporali dell’ambiente acustico sottomarino.

In parallelo, i modelli di visione artificiale consentono il conteggio e l’identificazione della fauna marina a partire dai video subacquei. L’integrazione dei canali audiovideo permette di correlare presenze, comportamenti ed emissioni acustiche, generando dataset etichettati e dashboard di consultazione per monitorare tendenze, anomalie e impatti delle attività umane.

«VONGOLA è un esperimento piccolo, ma anche un piccolo grande miracolo: nel giro di un anno abbiamo installato tre dispositivi diversi, con caratteristiche diverse e complementari», spiega Giorgio Riccobene, ricercatore Infn e associato del Csfnsm. «Analizziamo i dati in tempo reale con metodi analitici e con nuove tecniche di intelligenza artificiale, perché la massa di informazioni raccolte è enorme; stiamo sviluppando algoritmi in grado di disambiguare il suono delle navi, quello geofisico e quello dei cetacei, per restituire indicazioni immediate su ciò che accade sott’acqua».

Le sperimentazioni di VONGOLA si sviluppano lungo un asse che segue la dorsale jonica, con tre siti complementari pensati per osservare il Mediterraneo da profondità e contesti ambientali differenti. Questo disegno consente di mettere in relazione fenomeni che avvengono in mare aperto, in aree a forte dinamica di correnti e in tratti costieri protetti, producendo serie di dati confrontabili e utili alla validazione incrociata dei modelli.

A Catania, il Distributed Acoustic Sensor (Das) del Csfnsm collegato al cavo elettroottico dell’Istituto nazionale di fisica nucleare costituisce il presidio per il monitoraggio acustico profondo: il sistema, posato fino a 2.100 metri, restituisce un quadro ad alta risoluzione dell’ambiente sonoro lungo la dorsale jonica e distingue in continuo segnali di origine antropica, come il traffico navale e da segnali biologici legati a cetacei e pesci. I flussi acquisiti alimentano i modelli predittivi e le mappature del rischio e del disturbo acustico, fornendo indicatori operativi per la gestione.

Nello Stretto di Messina opera la prima stazione multiparametrica dello Stretto: un idrofono cablato a bassa profondità, una telecamera e una sonda ambientale misurano temperatura, salinità e altri parametri in un contesto caratterizzato da correnti intense e dinamiche complesse. Qui la strumentazione viene sottoposta a un banco di prova naturale che consente di verificarne robustezza e qualità dei dati. Nell’ambito delle stesse attività è stato realizzato un prototipo di allevamento di mitili offshore galleggiante per studiare l’influenza di marea, onde e correnti sulle coltivazioni e per definire possibili linee guida a supporto dell’acquacoltura sostenibile.

Nel tratto protetto dell’area marina del Plemmirio, a Siracusa, una stazione autonoma a bassa profondità dotata di telecamera e sensore acustico funge da sito pilota per future installazioni in aree marine protette. L’obiettivo è dimostrare la fattibilità di una rete modulare e replicabile che minimizzi l’impatto sull’habitat e massimizzi il valore per la sorveglianza ecologica e la gestione adattiva. Insieme, i tre siti compongono un’infrastruttura coerente che va dalle grandi profondità ai bassi fondali, integrando dati eterogenei in un’unica piattaforma di conoscenza.

Il percorso

Il progetto è stato avviato a luglio 2024 con il dispiegamento progressivo delle installazioni e l’attivazione delle pipeline di raccolta ed elaborazione dei dati. Nella fase operativa sono entrati in funzione il Das di Catania, la stazione multiparametrica nello Stretto di Messina e la stazione autonoma nell’area marina protetta del Plemmirio, con acquisizioni continue dei flussi audiovideo e la messa a punto dei modelli di intelligenza artificiale. È in corso la fase di validazione e consolidamento, che prevede calibrazioni in campo, verifica delle prestazioni e sintesi degli indicatori a supporto delle politiche di conservazione. La consegna ufficiale del progetto è prevista per il 31 ottobre 2025, tuttavia le sperimentazioni continueranno seguendo il percorso di sviluppo del sistema che coniuga innovazione e sostenibilità con ottime prospettive per il monitoraggio e la tutela degli ecosistemi del Mare Nostrum.