In che modo il campionamento dell’acqua con i droni consente test più sicuri ed economici che superano le linee guida federali EPA.
Per la maggior parte degli americani, l’acqua è un lusso da godere senza pensarci due volte. Ma come vi direbbero le comunità povere d’acqua di Flint, nel Michigan e di molte altre piccole città rurali degli Stati Uniti, l’accesso all’acqua potabile non è sempre una garanzia.
L’Environmental Protection Agency (EPA) regola quasi 50.000 sistemi idrici comunitari (CWS) negli Stati Uniti. Nel 2018, l’agenzia ha effettuato il monitoraggio e la segnalazione di violazioni in oltre il 30% di questi CWS. L’EPA ora vuole ridurre il numero di CWS non conformi di almeno un quarto. E vuole farlo entro la fine del 2022.
È qui che entrano in scena i droni, che rispondono alla necessità di una tecnologia di campionamento dell’acqua a basso costo e ad alta frequenza per monitorare e migliorare le nostre riserve idriche.
Reign Maker, un’azienda di New York specializzata nella costruzione di soluzioni di droni personalizzate, collabora con il Dipartimento per la protezione ambientale (DEP) di New York City per un monitoraggio efficiente di bacini idrici e strutture per le acque reflue dal 2014.
Alcuni anni fa, Jessica Chosid, CEO di Reign Maker, ha sentito per caso un vice commissario esprimere preoccupazione per le complessità logistiche di tenere il passo con i mandati di campionamento dell’acqua dell’EPA. Ha deciso di presentare al suo team di ingegneri aerospaziali e meccanici una sfida: costruire uno strumento per il campionamento dell’acqua che rendesse semplice per i droni raccogliere campioni e fornire una facile gestione dei dati sull’acqua.
Oggi, Reign Maker ha annunciato il lancio di Nixie, un nuovo sistema di campionamento dell’acqua abilitato per i droni e di rilevamento dei dati dei sensori che promette di ridurre il tempo di raccolta dei campioni d’acqua del 75%.
Perché il campionamento dell’acqua è importante: una prospettiva globale
Garantire l’accesso all’acqua pulita e ai servizi igienico-sanitari per tutti è uno dei 17 obiettivi di sviluppo sostenibile stabiliti dalle Nazioni Unite. Raggiungere questo obiettivo non sarà facile, considerando che una persona su tre nel mondo non ha accesso all’acqua potabile.
“Gli esperti prevedono una carenza globale di acqua potabile nei tempi a venire”, scherza Chosid. “L’acqua ha già iniziato a essere scambiata su un mercato dei futures”.
Capire cosa è e cosa non è presente nelle nostre acque è uno dei primi passi verso lo sviluppo di politiche di protezione e distribuzione delle acque.
Il campionamento quantitativo e regolare delle acque superficiali consente alle comunità locali e ai gestori ambientali di comprendere meglio come cambiano i corpi idrici in risposta all’inquinamento e come proteggerli. Gli esperti di qualità dell’acqua richiedono anche dati di campionamento frequenti per prevedere come le acque superficiali risponderanno a fattori scatenanti come la crescita futura o il cambiamento climatico.
E come sottolinea Chosid, “La necessità di campionare aumenterà solo nel prossimo futuro, con la crescita della popolazione, lo sviluppo industriale e residenziale, l’aumento delle normative idriche e le preoccupazioni per la sicurezza nazionale”.
Le tecniche tradizionali di campionamento dell’acqua non si accumulano
Agenzie governative, enti privati, gruppi per la conservazione dell’acqua e servizi pubblici e privati hanno a loro disposizione una varietà di metodi e attrezzature per il campionamento dell’acqua EPA. Questi includono l’immersione di un contenitore per campioni, palette, pompe peristaltiche, campionatori di profondità discreti, contenitori, secchi, pompe sommergibili e persino campionatori automatici.
Il metodo utilizzato alla fine è in genere dettato dalla posizione fisica dell’investigatore. Ma idealmente, si vuole evitare di catturare l’acqua superficiale poiché non è veramente caratteristica del corpo idrico.
Il problema è che la maggior parte delle tecniche di campionamento dell’acqua richiedono molto tempo, sono complesse dal punto di vista logistico, richiedono molta manodopera e dipendono fortemente dall’uso di barche e personale di bordo. Sono anche inclini all’errore umano.
“Mentre molti pensano che un’analisi della qualità dell’acqua inizi in laboratorio, in realtà inizia durante la raccolta del campione”, spiega Chosid. “La raccolta del campione è di fondamentale importanza perché la maggior parte degli errori durante l’analisi della qualità dell’acqua si verifica in questa fase”.
Campionamento dell’acqua dei droni semplificato con Nixie
Nixie è molto simile al metodo di immersione che utilizza un contenitore per campioni. Solo, usa droni invece di barche.
Il dispositivo è progettato per contenere bottiglie di campionamento dell’acqua approvate dall’EPA e può facilmente immergersi 60 centimetri in acque con un massimo di 5 nodi di corrente. Questa capacità consente a Nixie di superare le linee guida federali EPA, garantendo che non raccolga semplicemente lo strato superiore dell’acqua.
Anche il flusso di lavoro è abbastanza semplice: colleghi Nixie a un drone DJI M600 o M300 RTK e inserisci una bottiglia di raccolta mentre il drone si libra vicino a te. Dopodiché, navighi con il drone verso l’area di destinazione e immergi Nixie sotto la superficie dell’acqua. Una volta completato il processo di raccolta, recuperi la bottiglia campione allo stesso modo, mentre il drone si libra. Dopodiché, è solo “sostituisci e ripeti”.
Le implementazioni iniziali di Nixie hanno dimostrato che il dispositivo può ridurre il tempo di campionamento dell’acqua del 75%, dice Chosid.
Nixie non è solo esponenzialmente più veloce, ma è anche molto più coerente ed efficiente rispetto alle tradizionali procedure di campionamento dell’acqua.
Oltre a raccogliere campioni di qualità dell’acqua, Nixie utilizza il GPS del drone per registrare i dati di telemetria: ora e coordinate della posizione. Questo passaggio fa molto per migliorare la catena di custodia del campione. Inoltre, avere accesso ai registri GPS storici significa che Nixie può immergersi nella stessa esatta posizione delle volte precedenti per presentare l’immagine più accurata del cambiamento della qualità dell’acqua.
“E non dimentichiamo che il campionamento dell’acqua dei droni con Nixie può essere mobilitato immediatamente dopo un evento idrico critico, anche in aree in cui potrebbe non essere sicuro per gli investigatori umani avventurarsi fisicamente”, aggiunge rapidamente Chosid.
È interessante notare che Reign Maker sta anche sviluppando Nixie Advanced, un sistema basato su sensori che eliminerà del tutto la necessità di raccogliere campioni fisici. Il sistema testerà periodicamente oltre 20 diversi parametri dell’acqua e caricherà automaticamente i dati su un dashboard di analisi, con l’obiettivo di diventare il primo database centralizzato mondiale dell’acqua in situ.
Ridurre i costi con il campionamento dell’acqua con i droni
Fondamentalmente, Nixie è progettato come un prodotto passivo di entrate dati che fornisce sia il campionamento dell’acqua dei droni che una piattaforma di app di gestione dei dati. Pertanto, cali più frequenti e raccolta dati consentono a Reign Maker di ridurre significativamente i costi di campionamento per le agenzie governative e i servizi idrici.
Come l’ecosistema dei droni DJI sta spingendo l’innovazione
Tutto questo lavoro critico, afferma Chosid, non sarebbe stato possibile senza il DJI Payload SDK e l’ecosistema degli sviluppatori, in cui l’unico fattore limitante è l’immaginazione dello sviluppatore.
“Dal momento che la maggior parte dell’innovazione nell’ecosistema dei droni proviene da sviluppatori piccoli, agili e di base, la tecnologia deve essere resa accessibile e facilmente scalabile”. E questo è esattamente ciò che sta facendo DJI.
Sebbene Nixie sia previsto per essere adattabile a qualsiasi piattaforma di droni per carichi pesanti nei tempi a venire, Chosid afferma di essersi concentrata sulle piattaforme M600 e M300 RTK per l’integrazione iniziale a causa del dominio del mercato di questi due prodotti.
La sostenibilità dell’acqua è infatti cruciale per garantire che gli americani e il resto della popolazione mondiale abbiano facile accesso a quello che è considerato un diritto umano fondamentale. Come le Nazioni Unite identificano succintamente, senza una migliore gestione dell’acqua, la produzione alimentare ne risentirà, milioni di persone continueranno a morire per malattie legate all’acqua e ci saranno ulteriori perdite di biodiversità e di resilienza dell’ecosistema.
Il campionamento dell’acqua con i droni può essere solo un passo verso una migliore valutazione delle condizioni di qualità dell’acqua e delle cause di deterioramento, ma è sicuramente un passo nella giusta direzione.