Earth Observation: dagli incendi alla sicurezza costiera, la AI nello Spazio ci aiuta a prendere decisioni importanti sulla Terra 

• L’Osservazione satellitare della Terra — o Earth Observation (EO) — sta diventando uno strumento essenziale per affrontare sfide globali come il cambiamento climatico o la gestione delle risorse energetiche: entro il 2032 il valore globale dei servizi EO raggiungerà 6,4 miliardi di dollari mentre in Italia vale già 230 milioni di euro. 
• Grazie all’AI è possibile utilizzare l’enorme quantità di dati raccolti dallo Spazio mediante EO per monitorare fenomeni e prendere decisioni. Con l’elaborazione a bordo dei satelliti si riducono costi, tempi e si abilitano interventi immediati. 
• I progetti sviluppati da AIKO con ASI, ESA, Università e aziende includono un laboratorio orbitale in grado di elaborare immagini in tempo reale, sistemi per processare grandi volumi di dati, satelliti SAR capaci di prendere decisioni e robot a navigazione autonoma.

La Earth Observation (EO), l’osservazione satellitare della Terra, consiste nel raccogliere dallo Spazio immagini e dati sul nostro pianeta per monitorare fenomeni globali come  la deforestazione, lo scioglimento dei ghiacci o l’urbanizzazione ma anche eventi che richiedono di agire tempestivamente tra cui incendi boschivi, alluvioni o messa in sicurezza delle coste: queste informazioni aiutano a prendere decisioni più consapevoli per proteggere l’ambiente, gestire meglio l’acqua e il suolo, tutelare le comunità locali e affrontare gli effetti del cambiamento climatico. 

Negli ultimi anni il mercato della EO sta crescendo rapidamente e si stima che entro il 2032 supererà i 6,4 miliardi di dollari a livello mondiale (partendo dai 3,5 miliardi del 2022). In Italia, intanto, vale già 230 milioni di euro e cresce del 15% l’anno, trainato da settori come energia, agricoltura, finanza e assicurazioni. 

La Earth Observation rappresenta quindi uno strumento fondamentale per affrontare le sfide globali legate al monitoraggio climatico e ambientale, ma anche alla pianificazione urbana e alla sicurezza: occorre però che la grande mole di dati raccolti sia elaborata rapidamente e in modo efficiente, per trasformare queste informazioni in decisioni e interventi immediati. Ciò è reso possibile grazie a tecnologie di smart payload che utilizzano l’intelligenza artificiale: si tratta di soluzioni presenti direttamente sul satellite che non si limitano a raccogliere dati, ma li analizzano in autonomia, prendendo decisioni su cosa osservare o trasmettere. L’elaborazione a bordo consente, infatti, di agire tempestivamente senza bisogno di attendere la trasmissione dei dati a Terra e tagliando così tempi e costi. 

Tra i progetti all’avanguardia che stanno portando l’intelligenza artificiale a bordo dei satelliti per l’osservazione della Terra ci sono quelli di AIKO – scaleup torinese che sviluppa software avanzati basati su Intelligenza Artificiale e automazione per applicazioni spaziali. Ad esempio, IOSL (In Orbit Space Lab), un “laboratorio” orbitale in grado di elaborare in tempo reale le immagini ottiche scattate dal satellite; oppure AISAR, che consente di processare i dati radar direttamente a bordo per accelerare il rilevamento di oggetti o anomalie, sia sul mare che sulla terra. 

“L’intelligenza artificiale ci permette di rendere più efficienti e autonomi gli strumenti di Earth Observation, ma l’innovazione tecnologica da sola non basta: è grazie alla collaborazione tra enti spaziali, centri di ricerca e aziende che possiamo costruire soluzioni solide e con applicazioni immediate, frutto delle competenze incrociate e complementari di tutti gli attori in campo”, dichiara Mattia Varile, Chief Innovation Officer di AIKO. “L’obiettivo comune è concepire strumenti sempre più avanzati che avranno un impatto importante sulla possibilità di osservare con precisione i cambiamenti del nostro pianeta, per esempio monitorando con sempre maggiore precisione l’innalzamento della temperatura della Terra, lo scioglimento dei ghiacciai e l’innalzamento del livello del mare. O, ancora, studiare eventi estremi come alluvioni e uragani, monitorare la sicurezza dei trasporti e la pianificazione urbana. Solo così potremo trasformare questi dati in decisioni rapide, consapevoli e sostenibili che possano migliorare la salute del pianeta e la vivibilità dei territori”.

Le principali applicazioni della Earth Observation – Raccogliendo immagini e dati dall’orbita terrestre, è possibile monitorare ciò che accade sul nostro pianeta con applicazioni che toccano aspetti fondamentali della vita quotidiana. Grazie ai satelliti possiamo rilevare incendi e alluvioni in tempo reale, seguire la situazione delle coltivazioni anche in stato di siccità per ottimizzare l’uso dell’acqua ed evitare sprechi, tracciare il traffico marittimo. Le tecnologie di Earth Observation hanno anche importanti utilizzi per la salute ambientale: per esempio aiutano a controllare la qualità dell’aria e dell’acqua o sono in grado di rilevare rapidamente fuoriuscite di petrolio e altri inquinanti. Un’ulteriore applicazione è nell’ambito della pianificazione urbana, dove grazie alle immagini e ai dati satellitari si possono identificare abusi edilizi e spazi verdi trascurati, ma anche mappare le infrastrutture e le risorse energetiche. In questo modo, l’EO diventa uno strumento indispensabile per proteggere l’ambiente, gestire le risorse in modo intelligente e garantire la sicurezza di persone e territori.

Le sfide e il ruolo dell’intelligenza artificiale – Uno degli ostacoli dell’osservazione satellitare è la gestione dell’enorme quantità di dati generati ogni giorno: trasferire questo materiale a Terra richiede tempo e risorse; inoltre spostare e archiviare dati grezzi comporta costi elevati e rischia di rallentare le risposte in situazioni in cui la velocità è fondamentale, come incendi e inondazioni. Software evoluti integrati sui satelliti, come quelli sviluppati da AIKO, elaborano i dati direttamente in orbita: mettono a fuoco i dettagli rilevanti, comprimono e classificano le informazioni, restituiscono risultati “puliti” e già pronti per essere usati a Terra. In questo modo si riducono latenza, costi di trasmissione e si agevolano azioni tempestive, migliorando così l’efficienza e la sicurezza delle attività sulla Terra. 

Quattro progetti che cambieranno la Earth Observation – L’AI è al centro di quattro progetti sviluppati da AIKO con il supporto di enti spaziali e in collaborazione con aziende del settore Space Tech. Il primo è  IOSL (In Orbit Space Lab), finanziato dall’ASI (Agenzia Spaziale Italiana) nell’ambito delle attività PNRR (Fondi Complementari) e in collaborazione industriale con Planetek Italia, coordinatore del progetto, e D-Orbit: l’obiettivo è creare un vero e proprio “laboratorio orbitale” grazie al quale i satelliti potranno elaborare dati mentre sono ancora in orbita, combinando analisi a bordo e infrastrutture cloud a Terra, con una conseguente riduzione dei tempi necessari a prendere decisioni. Il secondo, AISAR (AI for SAR onboard processing), sviluppato in partnership con l’Agenzia Spaziale Italiana e GEOK, migliora la capacità di elaborazione dei dati da parte dei sensori radar (SAR), rendendoli capaci di analizzare velocemente le informazioni direttamente sul satellite; le applicazioni di tale tecnologia vanno dalla sorveglianza marittima a quella ambientale. CLICK (Closed Loop AI for Cognitive SAR) è un progetto sviluppato con ESA, TASI, Aresys, Università di Bologna e Università di Napoli, attraverso un finanziamento di ASI nell’ambito del programma di sviluppo General Support Technology Program (GSTP) che punta a realizzare modelli ingegneristici, simulatori e dimostratori in orbita: si tratta di un nuovo concept di satellite SAR, basato su un sistema dotato di AI, capace di decidere in autonomia cosa osservare, quando e come, in base a ciò che rileva dai propri sensori. Infine lo sviluppo di ULS (Universal Locomotion System), finanziato da ASI e guidato da TAS-I in un team che vede la partecipazione di Leonardo, Volta, ALTEC, IIT, Politecnico di Torino e AIKO, mira a sviluppare rover destinati all’esplorazione lunare in grado di muoversi da soli; grazie all’AI questi veicoli saranno capaci di analizzare in tempo reale le caratteristiche del terreno e decidere in autonomia il percorso migliore, senza aspettare istruzioni dalla Terra. Secondo la Technology Readiness Level, scala internazionale che misura da uno a dieci quanto una tecnologia è vicina all’uso pratico, i progetti di AIKO hanno TRL compresa tra 4 e 9: sono quindi tutti già proiettati verso un impatto concreto nelle future missioni spaziali.