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Come la Mayflower divenne la prima nave autonoma ad attraversare l'Oceano Atlantico

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Una nave robotica che ha compiuto sette anni di lavoro, la Mayflower è sbarcata con successo in Canada dopo aver affrontato un viaggio transatlantico con le proprie forze e spingendo i confini dell'intelligenza artificiale nella ricerca marina.

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Circa 400 anni dopo che l'originale Mayflower ha attraversato l'Oceano Atlantico, il suo discendente robotico senza equipaggio ha completato la prima traversata transatlantica solo grazie alle proprie decisioni.

Dopo sette anni di pianificazione e 40 giorni in mare, la Mayflower Autonomous Ship (MAS400) è finalmente arrivata ad Halifax, in Nuova Scozia, il 5 giugno, dopo un viaggio di 3.500 miglia da Plymouth, nel Regno Unito. Inizialmente diretta a Washington, la nave - che è spinta da un motore elettrico ibrido a energia solare e da un generatore diesel di riserva, ed è guidata da tecnologie di intelligenza artificiale, cloud e edge computing - ha deviato in Canada la scorsa settimana per permettere al team di riparare un generatore difettoso. Alla fine del mese proseguirà verso Plymouth, nel Massachusetts, dove il primo Mayflower sbarcò nel 1620, prima di arrivare a Washington in luglio.

"Sono allo stesso tempo sollevato ed entusiasta di averla portata ad Halifax. Non è il porto che intendevamo raggiungere, ma "qualsiasi porto in una tempesta", come dice il proverbio", dice l'amministratore delegato di MAS400 Brett Phaneuf, che è anche presidente del Submergence Group, un'azienda britannica che progetta e produce sommergibili con e senza equipaggio. "Il viaggio che ha affrontato è stato arduo e ci ha insegnato molto sulla progettazione, la costruzione e la gestione di navi di questa natura e sul futuro dell'impresa marittima, reso sopportabile dal fantastico team che si è riunito per realizzare questo obiettivo"

L'impresa, il cui costo non è stato reso noto, è frutto della collaborazione tra ProMare, l'organizzazione no-profit di ricerca oceanica di cui Phaneuf è stato co-fondatore nel 2001, e IBM Research. Si tratta di un team multiculturale che attraversa 10 Paesi, tre continenti e quattro dozzine di partner commerciali e accademici. L'imbarcazione, che pesa 10.000 libbre e misura 50 x 20 piedi, è un passo avanti rispetto alle missioni automatizzate, telecomandate e preprogrammate, in quanto prende decisioni in tempo reale in mare senza alcun intervento umano (anche se l'uomo può intervenire in caso di emergenza). L'imbarcazione evita i pericoli, valuta le prestazioni del veicolo, ripianifica le rotte e affronta da sola altre situazioni nuove.

Oltre a realizzare questa impresa un tempo apparentemente impossibile, il Mayflower ha anche condotto una serie di ricerche ambientali in zone remote dell'oceano. I suoi risultati aiuteranno gli scienziati a valutare l'impatto del riscaldamento globale e dell'inquinamento sulla vita marina, come l'acidificazione delle acque, le microplastiche e la conservazione dei mammiferi. Il suo successo potrebbe aprire la strada a flotte flessibili ed efficienti dal punto di vista dei costi, con un'impronta di carbonio ridotta, che raccolgano dati sugli oceani, mentre il suo software potrebbe essere applicato alle navi con equipaggio per ridurre i rischi e gli errori umani. Indirettamente, le scoperte del MAS potrebbero favorire lo sviluppo di sistemi autonomi di intelligenza artificiale e di intelligenza aumentata per gli esseri umani in altri settori, come la navigazione, il petrolio e il gas, le telecomunicazioni, la sicurezza e la difesa, la finanza e l'acquacoltura.

Mentre la Mayflower ha affrontato l'Oceano Atlantico, una serie di esperimenti autonomi a lungo raggio che coinvolgono navi di ricerca, commerciali e militari hanno recentemente avuto successo nel Pacifico. Tra questi, il Sea Hunter di Leidos ha completato un viaggio di andata e ritorno di 5000 miglia tra San Diego e le Hawaii nel 2019, nell'ambito di un progetto della Marina statunitense; la nave da ricerca Saildrone Surveyor l'anno scorso ha completato un viaggio di 2250 miglia da San Francisco alle Hawaii; e proprio la settimana scorsa, la nave mercantile di Hyundai Heavy Industries, Prism Courage, ha compiuto un viaggio di 6200 miglia dagli Stati Uniti alla Corea del Sud utilizzando la navigazione autonoma per metà del suo viaggio.

"L'oceano è spietato, e questo è uno dei motivi per cui vogliamo passare ai sistemi di intelligenza artificiale", afferma Phaneuf. "Vogliamo inviare queste cose per periodi molto lunghi in parti diverse dell'oceano, senza doverci preoccupare se qualcuno si fa male, si annoia, si stanca, si perde o se la nave affonda" Un'imbarcazione con equipaggio di pari livello avrebbe bisogno del quadruplo dello spazio, "soprattutto per le cose che servono a mantenere in vita gli esseri umani, che consumano molta energia"

UNA LINGUA ELETTRICA E BALENE PARLANTI

La sfida principale del progetto Mayflower è stata quella di configurare la tecnologia per fornire i dati autonomi continui necessari alla nave per reagire immediatamente. "È carica per l'orso", dice Phaneuf con una risata, alludendo alla suite di strumenti. La Mayflower dispone di sei telecamere dotate di intelligenza artificiale e di più di 30 sensori che comprendono tre stazioni meteorologiche, tecnologia per esperimenti scientifici e un sistema di visualizzazione per riconoscere ostacoli come gli stand-up paddleboarder, altre navi e iceberg. I sensori includono radar, sonar, LIDAR, GPS con precisione centimetrica, telecamere stabilizzate a 360 gradi diurne e notturne, termocamere e indicatori di movimento, carburante, vento, altezza e andamento delle onde e chimica acquatica. Queste informazioni confluiscono nell'AI Captain, che utilizza il software decisionale Operational Decision Manager di IBM per guidare la navigazione e l'analisi, il che equivale a un grande esperimento di apprendimento automatico.

"Come fa il sistema a gestire nuovi dati?" Dice Phaneuf. "E poi, se lo fa con successo o meno, riesce a gestire queste situazioni? È in grado di imparare?"

Uno degli strumenti più innovativi, Hypertaste, è una sorta di "lingua elettronica" che raccoglie informazioni chimiche, biologiche e ambientali sul DNA. Questo strumento - che IBM ha adattato dall'industria alimentare e delle bevande - ha analizzato in modo autonomo la qualità dell'acqua lungo il percorso per determinare in che modo i cambiamenti ambientali influiscono sulla crescita del plancton, le piante microscopiche che costituiscono le basi alimentari marine. Hypertaste ha misurato il pH e le concentrazioni di ferro per valutare i nutrienti, la salinità e le composizioni chimiche.

"Questa missione è servita a mostrare ciò che è possibile fare in luoghi difficili da raggiungere", afferma Rosie Lickorish, ricercatrice IBM con sede nel Regno Unito che ha contribuito alla progettazione di Hypertaste. "Non si conosce molto dell'interno dell'oceano. Alcune di queste aree sono molto difficili da raggiungere con le tradizionali crociere di ricerca"

La nave è dotata anche di un microscopio olografico per contare e visualizzare le particelle nell'acqua, come mezzo per rilevare le microplastiche e il plancton. Un idrofono ha catturato e registrato i suoni di balene e delfini per misurare la distribuzione delle loro popolazioni. "Sono molto difficili da studiare nel migliore dei casi", aggiunge Lickorish. "Servono meccanismi molto validi per poter rilevare e identificare le vocalizzazioni"

"TIENI LA MIA BIRRA"

La genesi del MAS400 risale al 2016, quando Phaneuf partecipò a una riunione di tecnologi che la pensavano allo stesso modo per discutere di come celebrare il 400° anniversario del viaggio del Mayflower del 1620. Non impressionato dalla possibilità di ripercorrere semplicemente la rotta con una nave replica - impresa che, secondo lui, era già stata affrontata nel 1954 - Phaneuf suggerì un approccio più futuristico con una versione autonoma.

"La gente ha alzato gli occhi al cielo", racconta. La risposta non ha fatto altro che aumentare la sua determinazione a portare a termine l'impresa. "Era una specie di "tieni la mia birra""

Phaneuf ha ingaggiato un architetto navale per elaborare dei rendering concettuali, ha radunato alcune persone interessate e ha fatto un po' di crowdfunding, ma il progetto è andato avanti a un ritmo glaciale. credo che in gran parte la gente fosse incredula e pensasse: "Non si può fare"", ha detto. "Ad essere onesti, non eravamo sicuri che si potesse fare"

L'angelo custode del Mayflower è stato lo stratega di IBM Systems Eric Aquaronne, un ingegnere con sede in Francia che ha partecipato con entusiasmo fin dall'inizio e che è stato fondamentale per far firmare IBM come partner tecnico nel 2020. Ha anche coinvolto colleghi di tutto il mondo per aiutare a sviluppare modelli di elaborazione dei dati più robusti e a riutilizzare il software IBM per questo progetto.

Ma la strada verso l'innovazione non è mai liscia. La Mayflower ha avuto una falsa partenza l'estate scorsa, quando un pezzo di hardware rotto ha costretto la nave a tornare indietro di 100 miglia nel suo viaggio, e i problemi della catena di approvvigionamento legati alla pandemia hanno rallentato la sostituzione del pezzo. Piuttosto che affrontare la stagione degli uragani, il team ha aspettato altri nove mesi per partire. Quest'anno è partita il 27 aprile, per poi fermarsi in Portogallo due settimane dopo per fare rifornimento e riparare un interruttore del generatore. Il 30 maggio, il team ha dirottato la nave verso il suo attuale ormeggio in Canada per ulteriori riparazioni.

Si tratta comunque di piccoli inconvenienti per un progetto di tale complessità. Il successo ha incoraggiato il team a prendere in considerazione viaggi futuri che aumentino le capacità di apprendimento automatico, utilizzino energia completamente rinnovabile e possibilmente condividano i dati con il monitoraggio della scienza della Terra della NASA. Nel frattempo, IBM inizierà a decifrare il cervello del Mayflower con l'obiettivo di aumentare l'intelligenza in altri settori, come l'aumento della trasparenza nelle transazioni dei servizi finanziari o la prevenzione delle interruzioni della catena di approvvigionamento.

"Il completamento di questo primo viaggio transatlantico significa che potremo iniziare ad analizzare i dati del viaggio della nave, a scavare nelle prestazioni del capitano dell'intelligenza artificiale e a capire perché ha preso le decisioni che ha preso", afferma Rob High, un IBM Fellow che ricopre il ruolo di CTO della divisione Networking and Edge Computing di IBM Software.

Tuttavia, le lontane applicazioni tecnologiche della missione non dovrebbero mettere in ombra il suo aspetto comunitario: lo spirito di avventura condiviso che deriva da uno sforzo globale che spinge i confini dell'esplorazione. A tal fine, mentre Phaneuf guarda al futuro, è consapevole del passato controverso del suo omonimo. L'accresciuta sensibilità nei confronti del trattamento riservato dai coloni alle tribù indigene ha spinto MAS400 a collaborare con Mayflower400, un'organizzazione educativa senza scopo di lucro dedicata a una commemorazione più inclusiva del suo viaggio e della controversa eredità della colonizzazione.

"La nostra ispirazione non è il viaggio dei Pellegrini o quello che è successo dopo il loro arrivo", dice Phaneuf. è l'idea che abbiano guardato l'oceano con queste vecchie navi sgangherate e abbiano pensato: "Andiamo!" Si sono lanciati verso l'ignoto con bassissime probabilità di sopravvivenza e hanno fatto quel salto senza curarsi del risultato. Questo è ciò che trovo aspirazionale"