Per determinare in che modo lo scioglimento degli iceberg potrebbe influenzare l'oceano, un robot delle dimensioni di un kayak ha fermato da solo gli enormi pezzi di ghiaccio che fluttuavano e ruotavano nelle acque del Nord Atlantico.

O almeno questo è ciò che Hanumant Singh ha preso in considerazione negli algoritmi del robot per rendere nitide mappe 3D degli iceberg nel fiordo di Sermilik, un'insenatura di 50 miglia nella costa della Groenlandia orientale.

Gli scienziati sanno che gli iceberg che si rompono dalla calotta glaciale della Groenlandia si stanno sciogliendo rapidamente in risposta ai cambiamenti climatici, ma le specifiche di quanto velocemente si stanno sciogliendo non sono ancora chiare. Singh, un professore di ingegneria elettrica e informatica alla Northeastern, dice che il problema è capire come misurare grandi pezzi di ghiaccio che sono in costante movimento.

"Questo è molto poco compreso, " dice. "Gli iceberg si muovono, e si stanno muovendo velocemente, una decina di chilometri al giorno".

Per avere un'idea concreta della velocità di fusione, misurazioni accurate della forma e della superficie di un iceberg devono essere confrontate nel tempo. Ma mappare un oggetto in costante movimento è il tallone d'Achille di un robot.

Gli ingegneri che lavorano su droni autonomi si scontrano spesso con questa sfida, poiché i robot devono scansionare e mappare i loro ambienti per muoversi in modo efficace e autonomo. Tutto ciò che di solito viene calcolato partendo dal presupposto che le cose non si muovano, dice Singh.

"Molte volte quello che succede è che puoi avere un robot, e mapperà magnificamente un edificio, " dice. "Ma poi ci sono persone che si muovono, e il robot si perde completamente perché utilizza caratteristiche statiche nell'ambiente."

Non è diverso nell'acqua. Le misurazioni di un robot di un bersaglio in movimento possono essere facilmente distorte e difficili da correggere.

Singh, che progetta sistemi di droni per ambienti remoti e subacquei, si è prefissato l'obiettivo di aggirare quella sfida con calcoli che tengono conto del movimento di un iceberg contemporaneamente al momento in cui il robot si sposta intorno ad esso e lo mappa. In altre parole, congela il movimento, con un mucchio di matematica, veramente.

In un recente documento, Singh e un team di ricercatori descrivono la tecnologia e gli algoritmi utilizzati per correggere il movimento di una dozzina di iceberg che galleggiano nel fiordo di Sermilik.

Le ricostruzioni 3-D degli iceberg dell'algoritmo mostrano dettagli ad alta risoluzione della geometria e del rilievo del ghiaccio, che a volte è impossibile catturare anche con immagini grezze scattate da un drone oceanico. Rispetto al ghiaccio della vita reale, l'accuratezza di quei modelli è notevolmente vicina, dice Singh.

"In pochi centimetri, forse 10, " lui dice.

Questo è un livello di dettaglio atteso da tempo per gli scienziati che cercano di determinare la velocità con cui il ghiaccio terrestre sta svanendo, e come quel cambiamento influenzerà il resto del pianeta.

Mentre gli iceberg si sciolgono, tonnellate di acqua dolce vengono introdotte in mare. A lungo termine, tali mutevoli dinamiche oceaniche possono interrompere il modo in cui l'acqua scorre e circola in tutto il mondo, trasportando il calore e le sostanze nutritive essenziali sia negli ecosistemi freddi che in quelli temperati.

"Il nostro ruolo era la mappatura, ma altri coautori sono interessati ai dati, " dice Singh. "Sono tutti oceanografi fisici, e lo userà per creare modelli di ciò che sta accadendo all'acqua dolce, come si stanno sciogliendo questi iceberg, e come questo è stato influenzato dai cambiamenti climatici".

In poche parole, Il sistema robotico di Singh è solo una telecamera e un sensore sonar montati su un dispositivo disponibile in commercio, kayak a gas. Questa è una rottura con la tradizione, Singh dice, poiché i robot oceanici tendono ad essere costosi.

Con la sua macchina fotografica, il robot prende immagini grezze della parte degli iceberg esposta sopra l'acqua. Il robot utilizza quindi quelle immagini per navigare strategicamente attorno all'iceberg e aiutare il sensore sonar a effettuare misurazioni di alta qualità del ghiaccio sommerso, che rappresenta oltre il 90% della struttura del ghiaccio.

"Otteniamo una forma tridimensionale dell'intero iceberg in cima, e poi possiamo usarlo come navigazione per correggere le cose in basso, " Singh dice. "Quei dati hanno un'ampia sovrapposizione, e ci dà anche la navigazione, che ci permette di correggere l'altro sensore."

In località come la Groenlandia, l'illuminazione rende difficile catturare immagini di grandi dimensioni, brillante, e per lo più ghiaccio bianco su uno sfondo luminoso. È anche un ambiente difficile da catturare quando è nuvoloso e buio:le fotocamere fanno fatica a distinguere tra i colori di un iceberg e le sfumature grigie del cielo. E poi c'è tutto il resto nel campo visivo.

"Sei in un fiordo, quindi hai tutti questi siti e questi pezzi nell'acqua che vogliamo ignorare completamente, " Dice Singh.

Per non parlare di quanto sia pericoloso essere vicino a un iceberg.

Per decenni, i ricercatori hanno lottato per avvicinarsi e conoscere personalmente gli iceberg. Queste formazioni di ghiaccio possono essere parecchie volte più grandi di un grande parcheggio, and have protruding ice above and under the water that can be dangerous if the iceberg capsizes or breaks.

That's the whole point of using clever, but relatively cheap drones, Singh says. Robots are expendable, and they can sometimes take risks that people can't.

"You don't want a human being standing right next to this thing on a small boat, taking measurements, " he says. "If you're anywhere near there, and this thing overturns, it's going to take you with it."

Singh says that understanding climate change is one the best things his robots can do. That includes a list of campaigns that have studied environments such as coral reefs and archaeological sites underwater. Next, it could be comets and asteroids moving in the expanse of outer space.

"We're not engineers for just engineering's sake, " Singh says. "We also really care about bigger-picture issues, how all that works, and telling those stories to the general public. That's what we're about."