In alcune aree delle nostre città non si respira per colpa dell'inquinamento e, in estate, anche del caldo. Molto spesso si tratta delle stesse aree ma, per confermarlo e studiare ancora meglio il comportamento di alcuni gas nelle isole di calore, i ricercatori della Fondazione Bruno Kessler hanno chiesto aiuto all’intelligenza artificiale. L’obiettivo? Non scrivere l’ennesimo paper ma inserire in un'unica mappa le isole di calore urbane (Uhi - urban heat island) e la qualità dell’aria. Un invito a tenere d’occhio entrambe le criticità e non considerarle coesistenti, ma connesse. In tal senso, il contributo delle nuove tecnologie è fondamentale, ma solo per potenziare l’utilizzo dei dati raccolti da satellite. Il resto lo fanno le persone, sulla superficie della Terra, decidendo come sfruttarli al meglio e realizzare misure di contrasto a caldo e smog sempre più precise, capillari e integrabili.Parola d’ordine: downscaling. Niente di misterioso, ma per chi non ama gli inglesismi si tratta di aumentare la risoluzione. Nel caso di quella sulla cattiva aria che respiriamo, attualmente nell’ordine del chilometro, troppo bassa per individuare le zone più critiche di una qualsiasi città italiana e capire come eventualmente intervenire con soluzioni basate sulla natura. Ormai oggi ce ne sono tante e quasi sempre accessibili anche per i risicati budget che le amministrazioni locali riservano all’adattamento climatico. I ricercatori di Fondazione Bruno Kessler stanno lavorando per aiutarle ad avere un ordine di priorità geolocalizzato e data driven.Come utilizzare i dati geospazialiIl punto di partenza sono state le mappe delle isole di calore nelle aree urbane, realizzate elaborando temperature superficiali terrestri (Land surface temperature) misurate con i sensori termici posti sui satelliti e le poche stazioni meteorologiche presenti in città. Il loro primo passo avanti è stato frutto di un efficace uso degli algoritmi AI per aumentare il numero dei dettagli termici, intervenendo sulla precisione dei dati satellitari. “Abbiamo creato una rete neurale, addestrando il nostro modello su dati raccolti tramite voli aerei equipaggiati con infrarossi e immagini integrate con i dati satellitari - spiega Raniero Beber, ricercatore presso il laboratorio 3Dom del Center for Digital Industry di Fondazione Bruno Kessler - questo ci ha permesso di ottenere stime precise e ad alta risoluzione della temperatura dell’aria, superando le limitazioni delle misurazioni convenzionali con risoluzione di 30 metri”.Questo cercare di rendere i satelliti meno “miopi” è una sfida che l’Unione europea sta affrontando con il progetto Usage, ideato proprio per rendere i dati geospaziali più accessibili e utili a chi si occupa di monitoraggio urbano e mitigazione del cambiamento climatico. I ricercatori di Fondazione Bruno Kessler vogliono raggiungere questo obiettivo andando oltre i dati termici e incorporandovene altri relativi a emissività del suolo, densità degli edifici, copertura vegetale e altre caratteristiche ambientali che influenzano la distribuzione del calore nelle aree urbane. Perché, come per la sicurezza urbana, anche per le temperature, servono i valori percepiti.Identificare inquinamento e calore urbanoProprio nell’intento di considerare che aria tira nelle diverse parti di una stessa città, il livello degli inquinanti è un aspetto da non trascurare. Questa non è una novità ma lo sarà il poterlo conoscere con maggiore accuratezza geografica e correlare con le identicamente dettagliate temperature dell’aria. “Stiamo considerando i dati critici dei principali inquinanti, partendo da ozono, biossido di azoto e monossido di carbonio, per collegare la loro distribuzione spaziale alle mappe ad alta risoluzione della temperatura dell’aria - spiega Andrea Gaiardo, ricercatore dell'unità Mtsd presso il Center for Sensors & Devices di Fondazione Bruno Kessler. - stiamo per realizzare una campagna di misurazione usando i nostri sensori mobili, per vedere se potranno essere utilizzati per generare una mappa degli inquinanti atmosferici a grana fine e ad alta risoluzione, sia spazialmente che temporalmente”.A permettere ai ricercatori di compiere questo upgrade di risoluzione anche per la qualità dell’aria sarà nuovamente l’intelligenza artificiale. Lo stesso metodo usato per le temperature, implementato passo dopo passo, permetterà di ottenere mappe accurate anche dell’inquinamento. Gaiardo racconta cosa il suo team ha in mente: “effettueremo campagne di misura muovendoci per la città con i nostri dispositivi nello stesso momento in cui passerà il satellite esattamente sopra”. Con i dati così allineati, poi spiega, “si può costruire un modello da associare al dato satellitare che permetta di prevedere la concentrazione degli inquinanti dove ci sono le isole di calore, fornendo una base per decisioni politiche urbane più mirate ed efficaci”.La sfida dei sensori “terrestri”Che la temperatura incida sugli equilibri delle diverse reazioni che avvengono in atmosfera lo si sa, ma la sfida è trovare un metodo per capire ogni volta quale sia, quanto e in che modo. Data l’importanza e la frequenza con cui il problema si sta presentando in diverse città, un modello AI sarebbe funzionale e forse l’unico che potrebbe funzionare davvero, ma non sufficiente. “Per studiare le dinamiche precise serve anche ottimizzare la tecnologia di rilevazione” spiega Gaiardo, lasciando l’ai per un attimo da parte per raccontare la sfida umana in corso nei suoi laboratori e nei suoi corrispettivi specializzati in sensori sparsi in tutta l’Unione europea.“È necessario sviluppare dispositivi per rilevare le concentrazioni di inquinanti in tempo reale e in modo più capillare - spiega - altrimenti continueremo a non catturare le dinamiche locali all’interno delle città”. In questo tipo di monitoraggio ambientale c’è un gap da colmare tra le due grosse famiglie di tecnologie tuttora utilizzate e considerate ufficiali dall’Unione europea. Da un lato ci sono i dispositivi analitici degli enti di protezione ambientale, precisi ma costosi, delicati e presenti con un totale di circa 500 stazioni in tutto il suolo europeo. Dall’altro ci sono i dati satellitari, con una maglia più fine ma rilevati non all’altezza a cui respirano le persone.“È la stessa Unione europea a richiederci di brevettare e certificare nuovi dispositivi a basso costo per costruire un network più distribuito di monitoraggio - ricorda Gaiardo - ma mancano le linee guida proprio a livello europeo su come certificarli. Noi ci stiamo comunque lavorando. Arriveranno, intanto ci prepariamo per sfruttare al massimo il dato satellitare e fare tutti i passi avanti finora possibili”.