Quando il sommergibile Titan, che trasportava cinque turisti sul relitto del Titanic, esplose a migliaia di metri sotto la superficie dell’oceano a giugno, sottolineò perché l’umanità sa di più sulla superficie di alcuni altri pianeti che sulle profondità degli oceani terrestri.
Gli oceani coprono oltre il 70% della superficie terrestre. Tuttavia, questo mondo sottomarino è un luogo impegnativo da esplorare, come ha dimostrato il disastro di Titano. È uno spazio vasto. Il punto più profondo sott’acqua, il Challenger Deep nell’Oceano Pacifico, è profondo 11.000 metri, più dell’altezza del Monte Everest.
La luce non penetra a tali profondità. Eppure, quel mondo poco conosciuto è cruciale per il futuro del pianeta. Gli oceani interagiscono fortemente con il clima terrestre e una loro migliore comprensione potrebbe offrire potenziali soluzioni al cambiamento climatico. Anche nuove specie animali e vegetali vengono costantemente scoperte nelle grandi profondità.
Il fondale oceanico ospita anche metalli utilizzati per le batterie, come il cobalto, il rame e il manganese, che sono fondamentali per la transizione energetica pulita del pianeta. Ed è in corso una corsa verso le profondità marine, con aziende e paesi che tengono d’occhio i depositi di risorse sui fondali marini per sfruttarli, anche se gli ambientalisti hanno messo in guardia dai danni ai vulnerabili ecosistemi oceanici.
Il governo norvegese vuole aprire all’attività mineraria un’area del fondale oceanico più grande della Germania. L’India, che ad agosto è diventata la prima nazione a far atterrare un veicolo spaziale vicino al Polo Sud della Luna, ha annunciato una missione chiamata Samudrayaan (veicolo marittimo in sanscrito) per un sottomarino con tre persone che viaggerà a una profondità di 6.000 metri entro il 2026. La Cina è costruendo una rompighiaccio con un sommergibile che mira a raggiungere ed esplorare i fondali marini artici.
È troppo pericoloso esplorare queste profondità? A che punto è la tecnologia? E quale sarà il futuro dei sommergibili?
La risposta breve: Molto probabilmente l’esplorazione subacquea continuerà, anche dopo la debacle di Titano. Tuttavia, i piccoli sommergibili, spesso senza equipaggio e guidati dall’intelligenza artificiale (AI), potrebbero essere il futuro, utilizzando una nuova tecnologia per ricaricarsi sott’acqua e funzionare per mesi – persino anni – di seguito. Prima di raggiungere questo obiettivo, tuttavia, rimangono ancora alcuni ostacoli tecnologici.
Profondità non mappate
Sebbene decenni di progressi scientifici e tecnologici abbiano consentito agli esseri umani di inviare missioni esplorative verso pianeti lontani, fino ad oggi è stato mappato solo il 25% circa dei fondali oceanici della Terra.
Tuttavia, anche questo rappresenta un cambiamento importante: nel 2017, solo il 6% del fondale oceanico era stato mappato.
“Quindi, negli ultimi anni abbiamo assistito a un’enorme accelerazione. Tuttavia, c’è ancora molta strada da fare”, ha affermato Jamie McMichael-Phillips, direttore di Seabed 2030, un’iniziativa che mira a mappare l’intero fondale marino entro il 2030.
Il fondale marino 2030 di solito non esegue questa mappatura da solo. Esamina gli archivi di governi, istituti di ricerca e aziende alla ricerca di mappe dei fondali marini che non sono ancora state pubblicate. Oltre a ciò, cerca di convincere altre navi a utilizzare i loro sistemi sonar per mappare il fondale marino e condividere tali dati con loro.
Il sonar è una vecchia tecnologia, inventata per la prima volta negli anni ’10. Utilizza le onde sonore per determinare cosa c’è sott’acqua e come appare il fondale marino. Con questa tecnologia, una nave di superficie può mappare approssimativamente anche i punti più profondi dell’oceano. Seabed 2030 trasforma dati come questi in una mappa e li rende pubblici.
“Esistono una serie di processi oceanici che dipendono dalla forma del fondale oceanico”, ha affermato McMichael-Phillips. “Abbiamo bisogno di queste informazioni per comprendere meglio il cambiamento climatico e i problemi della biodiversità”.
Ciò che è difficile nel processo è che è lento e richiede molto tempo. Le navi con equipaggio completo devono navigare in tutto il mondo e utilizzare il loro sonar per scansionare il fondale oceanico.
“È un processo lento, molto lento”, ha affermato McMichael-Phillips. “Il punto di svolta sarà la tecnologia senza equipaggio, con la quale sarà possibile gestire una nave quasi 24 ore su 24, 7 giorni su 7, senza persone a bordo”.
L’intelligenza artificiale è “il futuro”
Questo è il motivo per cui i ricercatori oceanici ripongono grandi speranze nell’intelligenza artificiale. Le imbarcazioni, come i sommergibili, che operano autonomamente da soli, potrebbero portare via gran parte della manodopera necessaria per esplorare le vaste distese dei nostri oceani.
“Un veicolo sottomarino telecomandato, controllato a distanza da un pilota umano, funziona bene quando è necessario ispezionare un oggetto specifico, come la base di una turbina eolica offshore”, ha affermato Helge Renkewitz, ricercatore presso l’istituto di ricerca tedesco Fraunhofer. sulla robotica subacquea. “Ma se vuoi esplorare grandi tratti del fondale marino, i veicoli autonomi sono il futuro.”
I sottomarini autonomi e alimentati dall’intelligenza artificiale minimizzerebbero i rischi per le vite umane derivanti dall’esplorazione delle profondità marine e consentirebbero una mappatura più rapida dei fondali oceanici. Ma ciò che i ricercatori vorrebbero idealmente è fare un ulteriore passo avanti: costruire sommergibili in grado di esplorare per periodi di tempo indefiniti, accelerando così il processo di scansione dei punti più profondi del pianeta.
Ciò, secondo Renkewitz, è difficile perché il mare profondo presenta diverse sfide ingegneristiche.
Innanzitutto, c’è la corrosività dell’acqua salata, che rende difficile per i sommergibili sopravvivere a lungo senza danni, a meno che non siano realizzati con materiali high-tech come l’acciaio al titanio. Poi c’è la pressione. Più si va sott’acqua, maggiore è la pressione diretta sull’oggetto. Ciò si è rivelato fatale per il sommergibile Titan.
“Nella profondità del relitto del Titanic, a quasi 4.000 metri di profondità, un’imbarcazione pesa 5.689 libbre [2,580kg] di pressione per pollice quadrato”, ha affermato Renkewitz. Si tratta di 400 volte la pressione media che sperimentiamo al livello del mare.
E poi ci sono le sfide che i veicoli autonomi devono affrontare nella navigazione del terreno in profondità sott’acqua.
In superficie, un’auto a guida autonoma può utilizzare sensori per guardarsi intorno e riconoscere le cose. Può anche fare affidamento su precisi sistemi di posizionamento satellitare come il GPS. Un sommergibile autonomo non ha questi lussi.
A causa della luce trascurabile nelle profondità dell’oceano, può vedere solo molto vicino a se stesso. Il sonar può aiutarlo a vedere più lontano, ma può rilevare solo oggetti in una direzione molto specifica. Inoltre, per un sommergibile è molto difficile trovare la propria posizione a causa della mancanza di collegamenti satellitari sott’acqua. I ricercatori utilizzano calcoli complessi per tenere traccia di dove si trova un velivolo, ma questi non sono sempre accurati.
“C’è sempre un tasso di errore in questi algoritmi di stima della posizione”, ha affermato Renkewitz. “E più tempo trascorri sott’acqua, peggiore diventa l’errore. Dopo solo poche ore, a seconda della qualità dei tuoi sensori, puoi essere a centinaia di metri da dove pensi di essere”.
Esplorazione perpetua
Un’altra sfida per i sommergibili a lungo termine è l’energia. Queste imbarcazioni hanno bisogno di elettricità per funzionare, ma sott’acqua non esiste alcuna fonte di energia evidente da utilizzare. Secondo Paul Koola, professore di ingegneria oceanica alla Texas A&M University, risolvere questo problema sarà una delle chiavi per esplorare più intensamente le profondità del mare.
“Il sogno sarebbe quello di avere un veicolo a funzionamento perpetuo che utilizzi l’energia rinnovabile per monitorare l’oceano e informarci continuamente di eventuali cambiamenti”, ha affermato.
Alcuni sommergibili hanno compiuto passi avanti verso questa visione. Gli alianti subacquei assorbono l’acqua per planare verso il basso e la rilasciano nuovamente per risalire, sterzandosi con le ali. In questo modo possono andare su e giù attraverso l’oceano per mesi. Ma anche loro alla fine sono limitati dalla durata della batteria.
Per superare questo problema, sono disponibili diverse opzioni. Anche se il sole non penetra molto sotto la superficie, un sommergibile autonomo potrebbe emergere regolarmente per fare scorta di energia prima di ridiscendere. Ma secondo Koola le piccole dimensioni di un sommergibile limiterebbero la quantità di energia solare che può raccogliere.
Le stazioni di ricarica galleggianti sull’oceano, dove i sommergibili potrebbero attraccare e ricaricarsi, sono un altro scenario che i ricercatori stanno prendendo in considerazione. Il problema? Ciò richiederebbe un elevato investimento iniziale.
“L’accelerazione iniziale è molto lenta”, ha detto Koola. “È necessario un personaggio tipo Elon Musk per realizzare tutto ciò e standardizzare i connettori di ricarica in mare.”
Un’altra opzione potrebbe essere quella di utilizzare le correnti oceaniche o le sorgenti idrotermali sul fondo del mare, anche se queste non sono sempre disponibili ovunque. Koola sta anche lavorando a un sistema per generare energia dalle differenze di calore tra l’acqua a diverse profondità. Un’imbarcazione potrebbe, in questo modo, andare su e giù nell’acqua e generare l’energia necessaria per sostenersi.
Far funzionare un meccanismo del genere nelle dure condizioni dell’oceano non sarà facile. Tuttavia, Koola è ottimista.
“Sembra che sia il momento giusto”, ha detto. “L’interesse e i finanziamenti stanno aumentando e la tecnologia sta avanzando. Detto questo, se finanziassimo l’esplorazione delle profondità marine come finanziamo lo spazio, saremmo già molto più lontani”.
Il salvatore dei gamberetti?
Anche l’aspetto che potrebbero avere questi futuri sommergibili autonomi sta cambiando. Alla Brown University, un team sta ora esaminando come alcuni animali marini, come gamberetti e krill, potrebbero fungere da ispirazione per futuri sciami di imbarcazioni sottomarine.
“Vogliamo capire perché il krill e i gamberetti sono così bravi a manovrare, accelerare e frenare”, ha detto Sara Oliveira Pedro Dos Santos, una dottoranda che fa parte del team. “Queste sono tutte qualità che vogliamo in un sommergibile per esplorare l’oceano, ma finora non sappiamo come questi animali si muovano in questo modo.”
Brown sta riunendo un team per realizzare nuovi prototipi di sommergibili simili a gamberetti, per ora spostati da ingranaggi, ma forse in futuro utilizzando pulegge. L’imbarcazione potrebbe raggiungere le dimensioni di una grande aragosta.
“Anche se i meccanismi sono semplici, non sappiamo come riprodurre il movimento di questi piccoli animali”, ha affermato Nils Tack, ricercatore post-dottorato presso la Brown University. “Questa è la sfida principale per noi adesso.”
I sommergibili gamberetti dovranno affrontare alcuni dei problemi affrontati da tutte le imbarcazioni sottomarine, dal reperimento di energia sufficiente alla comunicazione con la superficie. Poiché queste macchine sono particolarmente piccole, avranno bisogno di batterie ancora più piccole rispetto ad altri sommergibili.
Tuttavia, il team della Brown spera di trovare risposte a queste domande nei prossimi cinque anni. E i loro sogni sono più grandi di questo semplice progetto di ricerca.
“Non abbiamo esplorato gran parte dell’oceano”, ha detto Oliveira Pedro Dos Santos. “C’è così tanto da imparare da esso se riuscissimo a esplorarlo di più.
“Non comprendiamo ancora appieno cosa può offrirci l’oceano.”
