Salvare le persone con la matematica

Ogni anno, centinaia di persone annegano in incidenti navali o aerei in apertura. I soccorritori marittimi hanno poco tempo per salvare le persone alla deriva in acqua, poiché la probabilità di trovare una persona viva diminuisce notevolmente dopo sei ore. Oltre alle maree e alle condizioni meteorologiche mutevoli, le correnti costiere instabili rendono più difficili le operazioni di salvataggio.

Un team internazionale di ricercatori guidato da George Haller, professore di Dinamica non lineare all'ETH di Zurigo, ha ampliato le strategie di ricerca utilizzate oggi con nuove intuizioni su queste correnti instabili. Utilizzando gli strumenti della teoria dei sistemi dinamici e i dati della guardia costiera, il team ha sviluppato un algoritmo in grado di prevedere la deriva di persone e oggetti sulla superficie del mare. "Speriamo che il nostro lavoro contribuisca a salvare altre vite", afferma Mattia Serra, post-dottorando presso l'ETH di Zurigo e ora borsista ad Harvard, nonché primo autore dell'articolo recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura studio pubblicato.

Un algoritmo porta alla scomparsa

Nelle odierne operazioni di salvataggio in mare, per prevedere la traiettoria di un oggetto alla deriva si utilizzano complessi modelli di dinamica oceanica e bollettini meteorologici. Tuttavia, queste previsioni sono spesso imprecise in acque costiere in rapida evoluzione a causa di parametri incerti e della mancanza di dati. Ciò può comportare l'avvio di una ricerca nel punto sbagliato e la conseguente perdita di tempo.

Utilizzando calcoli matematici, i ricercatori hanno scoperto che gli oggetti alla deriva sulla superficie del mare si raccolgono lungo alcune linee simili a curve. Questi cosiddetti TRansient Attracting Profiles (TRAP) non sono visibili a occhio nudo, ma possono essere determinati dai dati attuali sulla superficie del mare utilizzando il nuovo algoritmo dell'ETH. Essi consentono una pianificazione rapida e precisa delle rotte per le operazioni di salvataggio, che reagiscono in modo meno sensibile alle informazioni incerte sull'ora e sulla posizione degli incidenti.

Un nuovo strumento per il salvataggio in mare

In due esperimenti separati vicino a Martha's Vineyard, al largo della costa nordorientale degli Stati Uniti, i ricercatori hanno testato il nuovo algoritmo di ricerca in collaborazione con un team del Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT, un gruppo del Woods Hole Oceanographic Institution e la Guardia Costiera statunitense. Hanno utilizzato gli stessi dati in tempo reale della Guardia Costiera statunitense e hanno osservato come le boe dispiegate e i manichini di prova si sono raccolti lungo le curve calcolate. "Abbiamo testato diversi approcci e questo è stato l'unico che ha funzionato in modo coerente sul campo", sottolinea Haller.

"I nostri risultati sono facili da interpretare, rapidamente disponibili e poco costosi da implementare", afferma Serra. Il metodo può essere utilizzato anche per calcolare oggetti più grandi che galleggiano sulla superficie del mare, come la diffusione di una chiazza di petrolio. Il prossimo passo sarà testare il metodo in altre regioni marine. "Speriamo che questo metodo diventi uno strumento standard per la guardia costiera", afferma Haller.