La nuova tecnica sviluppata al MIT insieme alla Woods Hole Oceanographic Institution introduce un sistema di imaging subacqueo in grado di generare mappe 3D in tempo reale anche in acque fortemente torbide, dove i sistemi ottici tradizionali falliscono quasi completamente.
Un nuovo modo di “vedere” sott’acqua
Il sistema, chiamato Sonar-MASt3R, nasce dall’integrazione tra sensori ottici e sonar per superare uno dei limiti più critici della robotica subacquea: la perdita di visibilità in presenza di sedimenti sospesi. Quando i veicoli operano vicino al fondale o disturbano la sabbia, la visione delle telecamere diventa spesso inutilizzabile, costringendo a interrompere le operazioni.
La tecnologia sviluppata da ricercatori del Massachusetts Institute of Technology e della Woods Hole Oceanographic Institution punta invece a garantire continuità operativa anche in queste condizioni, combinando due approcci diversi ma complementari: la percezione visiva e la mappatura acustica.
Come funziona la fusione tra sonar e visione
Il cuore dell’innovazione è la fusione tra immagini ottiche e dati sonar. Il sonar consente di ricostruire rapidamente la forma generale dell’ambiente, misurando distanza, profondità e contorni degli oggetti attraverso onde acustiche. Le telecamere, invece, forniscono dettagli visivi ad alta risoluzione, ma solo quando la visibilità lo consente.
Il sistema si basa anche su un algoritmo chiamato MASt3R, sviluppato inizialmente in Francia, capace di stimare la profondità relativa dei pixel a partire da immagini 2D. Tuttavia, MASt3R da solo non fornisce una scala assoluta. Qui interviene il sonar, che introduce misurazioni precise delle distanze reali, correggendo la scala e rendendo la ricostruzione tridimensionale più accurata.
Il risultato è una mappa 3D che può essere generata in tempo reale e che permette ai veicoli di orientarsi anche quando la visibilità è quasi nulla.
Test in vasca e condizioni estreme di torbidità
Per verificare le prestazioni del sistema, il team ha condotto esperimenti in vasca controllata, variando il livello di torbidità dell’acqua. In alcuni test la visibilità era quasi trasparente, mentre in altri era estremamente ridotta a causa della sospensione di sedimenti.
Anche nelle condizioni più difficili, Sonar-MASt3R è riuscito a ricostruire la struttura della vasca e a identificare oggetti con dettagli nell’ordine dei centimetri, come una roccia, una tazza e una cassa di stoccaggio. Il sistema ha dimostrato di poter mantenere una mappatura coerente anche quando le telecamere non riuscivano più a distinguere gli oggetti.
Secondo i ricercatori, il metodo funziona attraverso un approccio a “keyframe”: solo le immagini che aggiungono nuove informazioni vengono integrate nella mappa, mentre quelle ridondanti vengono scartate, migliorando l’efficienza del sistema in tempo reale.
Applicazioni tra esplorazione e sicurezza
Le possibili applicazioni di questa tecnologia sono ampie. I veicoli subacquei a controllo remoto, spesso utilizzati in contesti scientifici o industriali, potrebbero finalmente operare in ambienti finora considerati troppo complessi.
Tra gli scenari citati dai ricercatori figurano l’esplorazione oceanografica, la manutenzione di infrastrutture sommerse e anche il recupero di oggetti in profondità. Un altro ambito rilevante è quello della sicurezza: la tecnologia potrebbe supportare operazioni legate alla bonifica di ordigni inesplosi in ambienti subacquei, dove la visibilità ridotta rappresenta un rischio significativo.
Il sistema consente al veicolo di avvicinarsi gradualmente agli oggetti mappati dal sonar e di utilizzarne poi le telecamere per l’analisi di dettaglio.
Verso test in ambienti reali
Il prossimo passo per i ricercatori sarà portare Sonar-MASt3R fuori dall’ambiente controllato delle vasche e testarlo in condizioni marine reali. Secondo il team, le acque naturali potrebbero addirittura semplificare alcuni aspetti del problema, rispetto alle distorsioni e ai riflessi artificiali delle sperimentazioni in laboratorio.
Il progetto è stato presentato da Amy Phung durante la conferenza IEEE International Conference on Robotics and Automation, con il contributo del ricercatore Richard Camilli, esperto di fisica applicata oceanica al WHOI.
L’obiettivo finale è sviluppare sistemi capaci di operare in autonomia anche nelle condizioni subacquee più difficili, ampliando in modo significativo le possibilità di esplorazione e intervento negli oceani.
Fonte: Interesting Engineering
