Oltre i droni e l’AI: ripensare il futuro della bonifica umanitaria

Ho lavorato con i droni dal 2014, ma lo scoppio della guerra in Ucraina ha segnato un punto di svolta nella mia carriera. Dal 2022, la mia attenzione si è spostata sull’esplorazione di come i droni possano essere utilizzati per automatizzare la bonifica umanitaria – quali capacità sono necessarie e come la tecnologia può rendere questi sforzi più sicuri e efficienti. Come parte di questo lavoro, seguo da vicino il Centro internazionale di Ginevra per la bonifica umanitaria (GICHD), partecipo ai loro eventi e mi consulto regolarmente con i loro esperti.

Considerando le soluzioni basate su droni abbinati all’AI, esse sono in realtà utili solo nella fase di sorveglianza non tecnica (NTS) del processo di bonifica umanitaria. Ciò significa che i droni scansionano ampie aree e raccolgono dati. Quindi, un modello di apprendimento automatico analizza questi dati per segnalare le regioni che potrebbero contenere mine. Non i luoghi esatti delle mine.

La sorveglianza tecnica (TS), che conferma e mappa le aree contaminate, si basa ancora sul personale con rilevatori di metallo, cani addestrati e macchine deminatrici meccaniche. Essi entrano nell’area minata per individuare i luoghi esatti dei pericoli.

Il processo continua ad essere lungo, rischioso e costoso:

• Nel 2023, ci sono stati 15 decessi tra i bonificatori in tre paesi
• Al ritmo attuale, la bonifica di tutti gli ordigni inesplosi richiederà oltre 100 anni
• I costi di rimozione di una singola mina sono 50-100 volte i costi di produzione

Le mine continuano anche ad essere una minaccia per i civili – ci sono stati almeno 5.757 mine/ordigni inesplosi nel 2023.

In questo post, spiego perché le soluzioni basate su droni attuali non funzionano per la sorveglianza tecnica (la fase più costosa e lunga attualmente) e condivido ciò che vedo come il modo migliore per risolvere questo problema.

Rilevare le mine sotto il suolo o la vegetazione è quasi impossibile

I droni con telecamere ottiche o termiche standard catturano immagini da un’unica angolazione rivolta verso il basso. Questo approccio funziona bene per rilevare anomalie a livello di superficie, ma fallisce nel rilevare mine sepolte o nascoste. Per questo motivo, i droni vengono utilizzati principalmente per la sorveglianza non tecnica nella bonifica umanitaria.

Una delle soluzioni di prima linea – Safe Pro AI – segna che hanno solo un tasso di rilevamento del 5 percento in regioni con alberi e cespugli.

Anche se è meno rilevante per l’Ucraina, dove la maggior parte delle mine sono sparse a terra, invece di essere sepolte, la situazione è molto diversa (ad esempio) per la Cambogia:

• 4-6 milioni di mine terrestri rimangono dai conflitti degli anni ’70-’90
• 64.000+ vittime dal 1979, con i bambini come vittime principali

Le mine non metalliche e le mine metalliche vecchie sono più difficili da rilevare, anche in superficie

Le mine non metalliche rappresentano una parte significativa delle mine terrestri nelle zone di conflitto attuali e passate. Sono progettate intenzionalmente per bypassare la rilevazione dei rilevatori di metallo convenzionali.

Visivamente, le mine non metalliche sono difficili da rilevare. Non brillano, non si distinguono nelle immagini, né si mostrano bene nelle telecamere termiche. I rilevatori di metallo e i magnetometri o le mancano del tutto o scattano troppi allarmi falsi.

Quindi, gli strumenti di rilevamento basati su droni attuali spesso mancano completamente le mine non metalliche.

Quando si tratta di mine metalliche vecchie, la corrosione modifica il loro aspetto e il loro comportamento, quindi si confondono con il terreno e rispondono male agli strumenti di rilevamento. Le mine deformate sono ancora più difficili da identificare nelle immagini.

E poiché queste mine sono più difficili da individuare, richiedono molto più tempo per essere trovate e rimosse, o rimangono nascoste e mettono a rischio sia i bonificatori che i civili.

Dipendenza dal tempo e dalle condizioni meteorologiche

Se stiamo parlando di droni con telecamere RGB e multispettrali, essi richiedono la luce del giorno. In aree nuvolose, a bassa luce o ombreggiate (foreste, rovine), la qualità dell’immagine e la rilevazione degli oggetti diminuiscono troppo.

La rilevazione termica, a sua volta, funziona meglio all’alba o al tramonto, quando il terreno e la mina differiscono in temperatura. Durante il giorno, il sole riscalda tutto in modo uniforme, riducendo il contrasto.

Mentre la pioggia e il terreno umido offuscano i dettagli di superficie, alterano il colore del terreno e la temperatura, e possono nascondere la perturbazione del terreno o le anomalie termiche. La neve copre semplicemente i segnali visivi e uniforma la temperatura di superficie, rendendo le mine indetectabili.

Volare i droni solo in certi momenti rallenta notevolmente anche la fase di sorveglianza non tecnica della bonifica, soprattutto in aree con condizioni meteorologiche imprevedibili.

La tecnologia è molto costosa

In 7 paesi colpiti, l’area contaminata dalle mine antipersona raggiunge oltre 100 km².

Secondo test condotti in Ucraina, la bonifica con la nuova tecnologia può ridurre i costi da 3.000-5.000 dollari a 600-800 dollari per ettaro, il che è ancora 70.000 dollari per chilometro quadrato. E in alcune aree, potrebbe superare il prezzo stesso della terra.

Il motivo principale dei costi elevati è il gran numero di allarmi falsi trattati come minacce reali. In media, un team bonifica oltre 50 mine sospette per trovare una sola mina reale.

La maggior parte delle aree più contaminate si trova in paesi in via di sviluppo. Essi non possono permettersi la bonifica senza finanziamenti da parte di organizzazioni internazionali o governi.

I costi sono anche troppo alti per le imprese per partecipare. Una volta che la bonifica diventa abbastanza economica, le imprese potrebbero affittare terre contaminate dalle mine a condizione che le bonifichino. In cambio, otterrebbero l’uso a lungo termine a un prezzo simbolico e alcuni sgravi fiscali.

Una soluzione?

Con il mio team, abbiamo esplorato metodi che raccolgono più dati, possono vedere attraverso la vegetazione e il terreno e mantengono ancora una risoluzione sufficiente.

Un esempio di direzione di sviluppo promettente è un progetto di ricercatori dell’Università di Oviedo. Stanno testando un sistema di radar sintetico di apertura a base di array (GPR-SAR) montato su un UAV.

La loro convalida in volo in scenari realistici ha dimostrato che la tecnologia risolve i seguenti problemi:

1) Il radar individua con precisione la posizione della mina, lasciando solo la disattivazione o la distruzione da eseguire manualmente.

Con l’uso di tutti i percorsi radar possibili (configurazione multistatica completa), hanno ottenuto immagini ad alta risoluzione in cui gli oggetti sepolti apparivano più luminosi e chiari. E sono stati in grado di rilevare con precisione bersagli impegnativi come piccole mine antipersona non metalliche, piastre di pressione in legno e tubi in PVC sepolti a bassa profondità.

2) La soluzione può funzionare giorno e notte, in condizioni meteorologiche variabili e anche con vegetazione moderata.

Come funziona:

• Invia impulsi radar nel terreno.
• Rileva le riflessioni dai cambiamenti sottosuperficiali (ad esempio, plastica, metallo, vuoti).
• Costruisce immagini tridimensionali sottosuperficiali con precisione al livello centimetrico combinando i segnali radar da più paia di trasmettitore-ricevitore (Tx-Rx) e posizioni di volo.

La soluzione ha ancora limitazioni, ma sulla base della mia esperienza, è la direzione di ricerca e sviluppo più rilevante al momento.

Una delle principali forze del GPR è la quantità di dati che può raccogliere. Più dati significano che i ricercatori possono migliorare l’accuratezza nella fase di riconoscimento/classificazione con l’AI. Ciò porta a un lavoro di sorveglianza e bonifica più efficiente e riduce i costi complessivi del 50% o più.