Droni e IA per la conservazione della fauna selvatica

Il rapido declino delle popolazioni di fauna selvatica e la perdita di biodiversità richiedono con urgenza pratiche di conservazione della natura più efficaci e praticabili.
Stiamo assistendo alla perdita di habitat a causa dell’espansione agricola, dell’urbanizzazione, del degrado del suolo, del sovrasfruttamento delle risorse e dei cambiamenti climatici. Pertanto, la comunità di ricerca è chiamata a mettere a punto soluzioni innovative per monitorare le popolazioni di fauna selvatica, tracciarne i movimenti e gestire i conflitti tra esseri umani e fauna selvatica.  I recenti progressi tecnologici hanno aperto nuove strade per interventi più accurati e su larga scala che possono contribuire a contrastare il rapido declino delle popolazioni di fauna selvatica.

WildDrone – Technological innovation for more effective wildlife conservation actions – Innovazione tecnologica per azioni più efficaci di conservazione della fauna selvatica

WildDrone, finanziato dalle Azioni Marie Skłodowska-Curie dell’Unione europea e coordinato da SDU, riunisce un ampio consorzio multidisciplinare, tra cui 3DOM-FBK, per studiare e sviluppare l’impiego di droni e metodi di intelligenza artificiale per la conservazione della fauna selvatica. In qualità di rete di dottorato, WildDrone mira a costruire una comunità di dottorandi strettamente connessa ai professionisti della conservazione e a formarli sulle sfide concrete del settore attraverso esperienze pratiche. Il progetto sta rivoluzionando le pratiche di conservazione della fauna selvatica integrando robotica aerea, visione artificiale ed ecologia della fauna selvatica, utilizzando la tecnologia dei droni autonomi come piattaforma unificante. Poiché la conservazione della fauna selvatica è una sfida globale che richiede soluzioni collaborative, le soluzioni sviluppate dal progetto sono state realizzate insieme a professionisti esperti della conservazione, testate in contesti reali e condivise con la comunità ecologica per massimizzarne l’impatto e l’utilizzo.

Ricerca e sviluppo in FBK

L’obiettivo di 3DOM-FBK è quello di unire video acquisiti dai droni e percezione 3D per il monitoraggio della fauna selvatica. Gli animali si muovono, interagiscono e si occultano reciprocamente nello spazio, ma la maggior parte delle pipeline di elaborazione analizza i filmati dei droni in 2D: gli animali vengono trattati come punti o riquadri all’interno di immagini bidimensionali, ignorando i segnali geometrici che la fotocamera ha già acquisito. Sfruttando il nostro background nella fotogrammetria e il recente sviluppo dell’intelligenza artificiale, il nostro lavoro mira a recuperare informazioni relative a profondità, orientamento, punto di vista, disposizione spaziale della scena e dimensioni degli animali. Ogni animale viene localizzato nello spazio 3D, con informazioni sulla sua posizione, sul suo orientamento e sulle sue dimensioni. Queste informazioni aiutano sia gli ecologi a riconoscere i singoli individui all’interno dei gruppi, sia gli ingegneri robotici a riposizionare automaticamente i droni per acquisire i punti di vista mancanti, mantenere distanze adeguate e navigare attorno agli animali. Il monitoraggio a livello individuale rappresenta la nuova frontiera per il monitoraggio a lungo termine della fauna selvatica e per la comprensione di come le specie si stiano adattando ai cambiamenti ambientali legati al cambiamento climatico. Lavorare in 3D anziché in 2D consente analisi comportamentali, re-identificazione degli individui consapevole del punto di vista e registrazioni spaziali strutturate che possono essere interrogate e analizzate.

Percezione della fauna selvatica in 3D a partire da un video acquisito da drone.

Lavori sul campo e hackathon

Nel corso del progetto, i partner provenienti dall’informatica e dall’ingegneria dei droni hanno lavorato fianco a fianco con gli ecologisti sul campo durante diversi WildDrone Hackathon, culminati nella raccolta di dati multiuso e nella validazione delle soluzioni nell’ambiente della savana presso la Ol Pejeta Conservancy (Kenya).  La crisi della biodiversità in corso rende essenziale che i tecnologi collaborino direttamente con gli ecologisti sul campo e comprendano le loro esigenze pratiche.
Questa collaborazione aiuta i tecnologi a comprendere le limitazioni, i vincoli e le complessità del lavoro sul campo, consentendo loro di progettare soluzioni realmente applicabili in condizioni reali. Tutte le attività sul campo sono state condotte nel rispetto di rigorosi protocolli etici e di sicurezza, al fine di ridurre al minimo il disturbo agli animali e proteggere la privacy dei visitatori, seguendo le linee guida del Kenya Wildlife Research and Training Institute.

Durante le attività dell’hackathon, i dati raccolti hanno contribuito a due risultati scientifici di rilievo: un framework per la ricostruzione in 3D del movimento e della visibilità degli animali a partire da video acquisiti con droni standard e un dataset di riferimento per il rilevamento aereo tridimensionale della fauna selvatica nelle savane africane. Nel loro insieme, questi risultati mostrano come i filmati acquisiti da droni possano catturare non solo la posizione degli animali nell’immagine, ma anche la loro collocazione nello spazio tridimensionale, il loro orientamento, il punto di osservazione e la variazione della loro visibilità nel tempo. I dati raccolti sul campo a Ol Pejeta hanno consentito di sviluppare e valutare questi metodi in condizioni ecologiche reali, caratterizzate da variazioni negli angoli di volo, movimento degli animali, vegetazione, interazioni di gruppo e occlusioni parziali.
Questo lavoro ha contribuito a trasformare le osservazioni sul campo in strumenti computazionali modellati sulle esigenze concrete del monitoraggio della fauna selvatica.

Valutazione temporale del punto di vista e della visibilità nelle osservazioni della fauna selvatica basate su droni.

WildDrone team as seen from a UAV (thermal)

E adesso?

I risultati della ricerca WildDrone costituiranno un ponte naturale verso la prossima fase di lavoro nell’ambito del progetto WildBotics EU MSCA-DN, coordinato da 3DOM-FBK. La percezione 3D degli animali messa a punto grazie a WildDrone costituirà la base per approcci più avanzati di fusione multimodale dei dati, nei quali le informazioni visive estratte dai filmati dei droni potranno essere integrate con quelle provenienti da sensori quali telecamere RGB-D, LiDAR, radar, GNSS e IMU. All’interno di WildBotics, questa integrazione supporterà il miglioramento di SLAM, navigazione, mappatura e comprensione della scena per piattaforme robotiche operanti in ambienti naturali complessi. L’obiettivo più ampio del progetto è sviluppare sistemi in grado non solo di raccogliere dati ecologici, ma anche di interpretare l’ambiente circostante in tempo reale e adattare le proprie strategie di rilevamento sul campo.

Il consorzio WildBotics al kick-off meeeting tenutasi a Trento nel gennaio 2026.