Alla ricerca di indizi nella giungla con i droni

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I ricercatori testano la sonda prima che venga collegata al drone.
I ricercatori testano la sonda prima che venga collegata al drone.
Un team guidato dal Politecnico di Zurigo e dal WSL è arrivato alla finale della XPRIZE Rainforest Competition. L’obiettivo del concorso internazionale di ricerca è promuovere lo sviluppo di tecnologie autonome che possano essere utilizzate per raccogliere dati sulla biodiversità.

L’XPRIZE Rainforest Competition è una competizione internazionale al termine della quale il team vincitore riceverà un premio di 5 milioni di dollari. L’obiettivo è promuovere lo sviluppo di tecnologie autonome che possano essere utilizzate per raccogliere dati sulla biodiversità. Attraverso l’uso di veicoli di ricerca senza equipaggio (i cosiddetti "rover") e di droni, l’obiettivo è registrare la biodiversità nella foresta pluviale e quindi comprendere meglio questo ecosistema. La competizione è iniziata nel 2019 con quasi 300 squadre, 14 delle quali hanno raggiunto le semifinali, che si sono svolte nella foresta pluviale di Singapore nel giugno 2023. Anche il team ETH BiodivX, guidato dal Politecnico di Zurigo e dal WSL, era presente con 29 persone provenienti da 13 Paesi per dimostrare l’efficacia delle tecnologie sviluppate insieme. In totale, 56 persone provenienti da 15 organizzazioni diverse hanno contribuito al team ETH BiodivX, compresi i tre spin-off del Politecnico Restor, Diaxxio e SimplexDNA.

Il compito delle semifinali

Ogni squadra aveva 72 ore. 24 per raccogliere i dati e 48 ore per analizzarli e preparare una relazione: Il compito consisteva nell’individuare il maggior numero possibile di specie vegetali e animali in un’area di 100 ettari di fitta giungla senza entrare nella zona.


Durante 24 ore, il drone del team BiodivX dell’ETH ha volato 41 volte nella foresta pluviale e ha raccolto 50 campioni di eDNA (abbreviazione di DNA ambientale). Si tratta di tracce di DNA che gli esseri viventi lasciano nel loro habitat, ad esempio attraverso le escrezioni o la perdita di particelle di pelle e capelli. La raccolta di eDNA consente di individuare diverse specie animali e vegetali in un’area specifica. Il team dell’ETH BiodivX ha utilizzato i droni per raccogliere tre diversi tipi di campioni di eDNA: Acqua, aria e campioni di superficie. Per la raccolta dei campioni di superficie, i ricercatori hanno sviluppato una sonda con cui è possibile prelevare tamponi da diverse superfici. Questa sonda è stata collegata a un drone che ha potuto essere trascinato in profondità nella foresta pluviale. "Questo movimento ci permette di registrare il DNA ambientale dalle cime degli alberi, che non sarebbero accessibili in altro modo", spiega il professore dell’ETH Stefano Mintchev, che ha partecipato al concorso.

Nelle semifinali sono stati utilizzati anche un rover e un drone volante sviluppati rispettivamente dai ricercatori dell’Università di Aarhus e della TU-Delft. I due veicoli hanno prodotto 130 gigabyte di registrazioni video e audio durante le loro missioni nella foresta pluviale. I citizen scientist e gli algoritmi di intelligenza artificiale dell’organizzazione no-profit GainForest, con sede a Zurigo, hanno seguito questi viaggi in livestream e hanno identificato altre specie.

In totale, in un solo giorno è stata prodotta un’enorme quantità di dati: Sono state prodotte più di 12 milioni di sequenze di DNA e il team ha identificato un totale di 257 specie animali e vegetali nell’area della foresta pluviale studiata. I risultati sono stati poi registrati in un rapporto di oltre 70 pagine.

Condizioni ideali allo zoo di Zurigo

Le condizioni calde e umide della foresta pluviale hanno rappresentato una grande sfida per l’elettronica utilizzata. È stato inoltre necessario fare pratica con i campionamenti prima che i ricercatori partissero per Singapore. Fortunatamente, lo zoo di Zurigo ha fornito una base ideale con la sua foresta pluviale Masoala. "Oltre alla missione educativa, alla conservazione della natura e alla protezione delle specie, la ricerca è uno dei quattro compiti centrali di uno zoo moderno. Questa collaborazione con il Politecnico di Zurigo è un ottimo esempio di come la foresta pluviale Masoala possa essere utilizzata per testare e ottimizzare i metodi di ricerca prima del loro utilizzo sul campo", afferma la dott.ssa Leyla Davis, curatrice della ricerca dello Zoo di Zurigo.

La finale del 2024

Lunedì 24 luglio, in occasione della conferenza call_made del sito esterno ICCB 2023, sono stati annunciati i sei finalisti del concorso XPRIZE Rainforest. L’intenso lavoro a lungo termine sul progetto ha dato i suoi frutti: il gruppo ETH BiodivX è arrivato alla fase finale della competizione. "Questo risultato rappresenta un’importante pietra miliare per il nostro team. Dobbiamo il nostro successo all’eccezionale mix di persone provenienti da un’ampia gamma di discipline che hanno contribuito con le loro idee e le loro diverse competenze nei campi della robotica, del sequenziamento del DNA, delle scienze sociali e di altri settori", spiega Stefano Mintchev.


Il professore dell’ETH Kristy Deiner aggiunge: "Non potrebbe esserci momento migliore per un concorso come questo per trovare le soluzioni necessarie ad affrontare la crisi della biodiversità. Siamo onorati di essere tra i finalisti. Soprattutto, non vediamo l’ora di sviluppare ulteriormente le nostre tecnologie". Le sei squadre che sono arrivate in finale potranno ora rivedere ancora una volta le loro tecnologie prima di passare alle finali del 2024.
Anna Janka