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Il doppio canto che salva gli uccellini

Come i digital twin possono contrastare gli effetti della crisi climatica

Marta Abbà
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Marta Abbà
 
 
Il doppio canto che salva gli uccellini

Chi saprebbe riconoscere la specie di un uccellino dal suo canto? Gli appassionati ci provano, ma non tutti hanno lo stesso livello di conoscenza. Ecco perché, in Finlandia, l’Intelligenza Artificiale viene utilizzata per mettere a sistema gli avvistamenti amatoriali e i monitoraggi scientifici delle migrazioni: il risultato è un digital twin, un gemello digitale che migliora la protezione della biodiversità e avvicina le persone all’ascolto di quello che le circonda. Ecco come

La crisi climatica anticipa gli eventi migratori, creando disallineamenti ecologici tra tempi di riproduzione e disponibilità di risorse, soprattutto per gli uccelli che migrano in Europa. Proprio queste creature, che risentono più di altre degli impatti di questi cambiamenti in tempo record, possono aiutarci a segnalarli, mitigarli, prevenirli. «Adesso l’ambiente si modifica in modo estremamente veloce, dobbiamo trovare il modo di generare e utilizzare la conoscenza scientifica molto più rapidamente di quanto facciamo» spiega Otso Ovaskainen, professore di “Ecologia matematica e statistica” all’Università di Jyväskylä (Finlandia).

Otso Ovaskainen è professore di “Ecologia matematica e statistica” all’Università di Jyväskylä, Finlandia. È a capo del progetto LIFEPLAN che mappa la biodiversità con audio, immagini e DNA in oltre 200 località del mondo È inoltre il direttore del Finnish Digital Citizen Science Centre che sviluppa e applica applicazioni per smartphone per la ricerca scientifica dei cittadini. Per i suoi meriti scientifici nel 2009 ha ricevuto “The Academy of Finland” Award.

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Le sue non sono solo parole: con il suo team, Ovaskainen ha infatti lanciato un progetto che combina la citizen science con la classificazione sonora degli uccelli basata sull’intelligenza artificiale, per capire sempre meglio come si muovono e come muoverci noi per mitigare gli effetti globali e locali della crisi climatica. Si chiama Biodiversity Digital Twin1 ed è una copia digitale della biodiversità dei volatili, capace di evolvere con essa.

Il doppio rischio della citizen science

L’idea è nata per necessità ma anche per la immediata disponibilità di una enorme quantità di dati, offerta da un programma di conteggio sistematico della presenza dei volatili attivo in Finlandia da diversi decenni. «Sono informazioni preziose per valutare l’influenza dei cambiamenti climatici sugli uccelli – spiega Ovaskainen – il gran numero di appassionati a questi animali ha un enorme potenziale per la scienza perché riesce a produrre serie di dati molto più ampie di quelle acquisite dai soli ricercatori professionisti. Tuttavia, ci sono molte criticità che possono compromettere il valore di questi dati». Non a caso, un vero progetto di citizen science deve coinvolgere direttamente anche scienziati e ricercatori in forma volontaria.

«Alcuni cittadini conoscono molto bene i volatili, mentre altri meno. Può essere molto difficile valutare dai dati quali osservazioni siano attendibili – sottolinea ancora il ricercatore – Un problema ancora più grave è che la maggior parte dei dati è di natura “solo presenza”, cioè, riporta i casi in cui i cittadini hanno osservato alcune specie particolari, ma non quelli in cui hanno tentato di osservarle e non le hanno trovate».

Credits: Università di Helsinki, progetto LIFEPLAN. Tutti i diritti riservati. Riprodotte con il consenso di autori e autrici.

Il rischio è doppio: si può incorrere in falsi positivi, se una persona dichiara di aver osservato una specie che in realtà non c’era, o in falsi negativi, se l’osservatore non segnala una specie che invece c’era.

E poi c’è il problema della distorsione spazio-temporale, perché i progetti di citizen science non si basano in genere su schemi di campionamento sistematici o randomizzati, ma piuttosto su campionamenti opportunistici. Tutto ciò che viene segnalato non va preso come oro colato ma allo stesso tempo non va buttato: servono soluzioni innovative che permettano di ottimizzarne l’utilizzo. Serve un doppio controllo, un’applicazione con doppio approccio come quella ideata da Ovaskainen.

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La doppia soluzione del Digital Twin

Un gemello digitale, o digital twin, è una copia virtuale di un oggetto fisico, che viene utilizzata per simulare i cambiamenti nel mondo reale. Nel suo gemello digitale dedicato ai volatili in migrazione, Ovaskainen combina i programmi ufficiali di monitoraggio degli uccelli a lungo termine con il contributo della citizen science, per trarre il meglio dai due mondi.

«Il nostro obiettivo è collegare i dati che i cittadini inviano tramite smartphone ai nostri database e usare entrambi i metodi contemporaneamente su un sottoinsieme di informazioni, per migliorarne la calibrazione» racconta.

In pratica: i cittadini e le cittadine possono “doppiare” il canto degli uccellini in digitale, quindi registrarlo e caricarlo sull’applicazione. Ma se, nel procedimento tradizionale, erano chiamati a inserire i dettagli dello stesso canto in specifiche didascalie, adesso la classificazione delle specie e la calibrazione delle vocalizzazioni viene controllata e raffinata dall’intelligenza artificiale. «Memorizzando l’audio grezzo, in un secondo momento possiamo anche riclassificare i dati sfruttando nuovi modelli AI più performanti» aggiunge Ovaskainen, illustrando come funziona l’applicazione che ha creato.

Si chiama MK, è l’acronimo di “Muuttolintujen kevät”, che significa “Primavera degli uccelli migratori” e come output fornisce le classificazioni delle specie più probabili insieme al loro tasso di affidabilità. Di recente è stata aggiunta anche la possibilità per i cittadini di contribuire con registrazioni sistematiche di 5 minuti in luoghi predefiniti, conquistando un loro “punteggio” personale da “scienziati sul campo”. Un modo per coinvolgerli, ma anche per generare previsioni continuamente aggiornate sulle distribuzioni spazio-temporali degli uccelli e sulla loro attività canora.

Utilizzo dell’applicazione MK sul campo e relativi screenshot dimostrativi. Tutti i diritti riservati. Riprodotte con il consenso di autori e autrici.

Sensibilizzazione diffusa e conoscenza scientifica profonda

Il doppio binario digitale-reale e citizen science-scienza porta doppi vantaggi. Agli scienziati, l’applicazione consente di comprendere meglio i fattori alla base del cambiamento della distribuzione degli uccelli, in primis quelli legati al cambiamento climatico e dei loro habitat. Agli utenti, permette di mettere in relazione le proprie osservazioni con l’avanzare della migrazione primaverile.

«Stiamo notando anche un forte impatto dal punto di vista della sensibilizzazione – aggiunge Ovaskainen – i gemelli digitali come questo riescono a rendere le persone più consapevoli dell’ambiente e della natura».

«Il nostro progetto ha accumulato rapidamente 250.000 utenti, molti dei quali non avevano mai osservato attivamente gli uccelli. Molti ci raccontano che li ha avvicinati a questo mondo, permettendo loro di vivere nuove esperienze interessanti».

Attivo e apprezzato, questo prototipo di Biodiversity Digital Twin è solo l’inizio di un progetto ambizioso. Trovato il modo di ottenere dalla citizen science dati robusti e un adeguato monitoraggio scientifico degli uccelli in tempo reale, ora il team che l’ha creato vuole fare ulteriormente evolvere la piattaforma. «Svilupperemo un portale internet che mostri i dati e le previsioni, fornendo un proof-of-concept di un gemello digitale della biodiversità in tempo reale» spiega Ovaskainen, convinto che questo genere di tecnologie abbia il potenziale per rivoluzionare la ricerca sulla biodiversità

Il futuro della ricerca è doppio e digitale

Che si tratti di uccelli migratori o di altre specie di animali o piante, uno strumento in grado di far convergere gli sforzi di cittadini e scienziati creando un “doppione digitale” su cui realizzare studi e ricerche secondo Ovaskainen è anche uno strumento politico.

“Giocando” con il digital twin si può infatti anche contribuire al miglioramento delle strategie e dei piani per la conservazione della biodiversità e ai meccanismi economici che le guidano. «Una maggiore consapevolezza della scienza da parte del pubblico può inoltre invogliare un maggior numero di persone a prendere parte a iniziative ambientali – racconta – Monitorare le comunità ecologiche in tempo reale attraverso le tecnologie digitali rende poi possibile la scalabilità dei dati dal livello locale a quello globale, facilitando le azioni di conservazione basate sull’informazione in modo più rapido rispetto al passato». Ovaskainen parla di una nuova era di sistemi di monitoraggio automatizzati, che può accelerare il Green Deal europeo2 e facilitare decisioni più sostenibili nell’uso del territorio. Cita come esempi ARISE3 e BioAcousticsAI4 e guarda al futuro della ricerca augurandosi che il prototipo a cui sta lavorando possa contribuire a una maggiore responsabilizzazione da parte di chi forgia strategie a medio e lungo termine e più investimenti sulle tecnologie Digital Twin.

Per studiare gli impatti della crisi climatica, per limitarli, per sperimentare soluzioni con più coraggio, sapendo che lo si sta facendo su una doppia copia digitale, senza disturbare una natura e un intero Pianeta che necessitano urgentemente di soluzioni mirate ed efficaci, non di tentativi abbozzati o, peggio ancora, dimostrativi. Gli uccellini che migrano in Europa ce lo stanno mostrando e, letteralmente, cantando.

 

  1. Per la spiegazione del prototipo di app creata dal team di ricerca finlandese, si veda Ovaskainen, O., Lauha, P., Gordillo, J. L., Nokelainen, O., Rahman, A., Souza, A., Talaskivi, J., Tikhonov, G., Vancraeyenest, A., & Lehtiö, A. (2024). Prototype Biodiversity Digital Twin: Real-time bird monitoring with citizen-science data. Research Ideas and Outcomes10. https://riojournal.com/article/125523/element/8/220330// ↩︎
  2. Per ulteriori dettagli sul Green Deal, si veda The European Green Deal. (2021, July 14). European Commission. https://commission.europa.eu/strategy-and-policy/priorities-2019-2024/european-green-deal_en ↩︎
  3. Il progetto ARISE dedicato al monitoraggio della biodiversità attraverso tecnologie digital twin realizzato in Olanda https://www.arise-biodiversity.nl/ ↩︎
  4. Dettagli del progetto BioAcousticsAI, un esempio di monitoraggio tramite AI e citizen science di successo https://bioacousticai.eu/ ↩︎

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