Creazione di una mappa 3D della più grande grotta vulcanica del mondo per aiutare le future missioni spaziali

Teorema srl di Milano, si occupa da 30 anni della distribuzione di strumenti di misura Leica Geosystems, specializzandosi negli ultimi anni nel campo del rilievo 3D tramite scansione laser.

 Questa tecnologia viene sempre più utilizzata in diversi settori, tra cui la mappatura in digitale di ambienti naturali da utilizzare per un’ampia gamma di studi. Vediamo in questa case history quali strumenti sono stati utilizzati e come è stata condotta la rilevazione.
Nonostante siano distanti centinaia di migliaia di chilometri, l’isola di Lanzarote e la Luna condividono notevoli somiglianze. L’isola spagnola, appartenente all’arcipelago delle Canarie nell’Atlantico, ospita la più grande grotta vulcanica del mondo con scenari eccezionali che ricordano il paesaggio lunare.
Tanto che l'isola è stata scelta come luogo per l'addestramento di astronauti in vista di future missioni spaziali.
Più recentemente, il condotto lavico Corona di Lanzarote ha contribuito a preparare i team dell’Agenzia spaziale europea per esplorare e studiare grotte con caratteristiche simili osservate sulla Luna e su pianeti come Marte.
Come risultato degli ultimi progressi e innovazioni nella tecnologia geo-spaziale, nel 2017 sono state condotte diverse indagini sul campo guidate da Tommaso Santagata dell'Agenzia Geografica Virtuale Vigea, implementando soluzioni di scansione laser terrestre 3D (TLS) e di mappatura mobile, risultando nel primo 3D in assoluto replica del più grande condotto di lava sulla Terra.

Esplorando le profondità del tubo lavico Corona

Situato a nord di Lanzarote, il tubo lavico Corona si estende per oltre 8,5 chilometri ed è composto sia da passaggi asciutti che sommersi, con alcuni tratti larghi più di 25 metri. Sebbene le prime esplorazioni e la prima cartografia siano iniziate negli anni settanta, la sua reale estensione rimase praticamente sconosciuta fino ai primi anni sessanta quando fu effettuato il primo rilievo topografico. Questo ultimo e più ambizioso progetto di scansione 3D, commissionato dal governo locale, Cabildo de Lanzarote, ha implementato anche la più recente tecnologia di mappatura mobile, che fa parte del corso di formazione PANGAEA-X dell’Agenzia spaziale europea. Questa formazione consente loro di testare nuovi strumenti e tecnologie che verranno utilizzati nelle future missioni spaziali.

Per eseguire con successo questo progetto, nel corso di un anno sono state effettuate diverse ispezioni sul campo utilizzando una varietà di soluzioni Leica Geosystems, tra cui gli scanner laser Leica HDS7000, Leica ScanStation P40 e Leica BLK360, nonché il Leica Pegasus Backpack soluzione di mappatura mobile. Il risultato è la più grande replica 3D di un tunnel di lava del pianeta con 5,7 chilometri di passaggi di caverne mappati.

Catturare ogni dettaglio con la più recente tecnologia di scansione laser

Sono stati completati tre rilievi individuali e oltre 440 scansioni per mappare il sistema di condotti lavici, composto da diverse sezioni collegate tra loro tramite collassi esterni. Tali crolli sono stati utilizzati per georeferenziare i rilievi laser scanning eseguiti all'interno della grotta sulla superficie esterna. Ciò è stato possibile grazie alle misurazioni del sistema globale di navigazione satellitare (GNSS), ai dati LiDAR (Light Detection and Ranging) del Servizio geologico spagnolo e ai dati fotogrammetrici ottenuti con voli di veicoli aerei senza pilota (UAV) lungo il percorso della grotta.
Più specificamente, 800 metri dei passaggi sopra il livello del mare sono stati mappati utilizzando l'HDS7000 e circa cinque chilometri utilizzando una ScanStation P40. Inoltre, lo scanner laser per immagini BLK360 è stato utilizzato per scansionare un livello superiore di circa 300 metri durante la spedizione PANGAEA-X.
Maggiore precisione e mobilità con Leica Pegasus Backpack
Per generare una mappa 3D ancora più dettagliata, è stato eseguito un rilievo utilizzando la soluzione di mappatura mobile Pegasus:Backpack. Progettato per acquisire dati 3D in ambienti fuori terra e sotterranei, con immagini e nuvole di punti raccolti da cinque telecamere e due profilatori LiDAR. La sua struttura leggera ed ergonomica ha consentito ai team di navigare comodamente su terreni difficili e di visualizzare istantaneamente i dati su un tablet portatile.
“A causa della natura intricata e sotterranea del sistema di tunnel di lava, il Pegasus:Backpack è stato utilizzato per acquisire dati SLAM fusi, iniziando e terminando in ambienti esterni con dati GNSS, ma in gran parte esplorando la grotta senza copertura satellitare”, spiega Tommaso Santagata, co-fondatore dell'Agenzia Geografica Virtuale Vigea 3D ed esperto del sistema di grotte vulcaniche di Lanzarote. Poiché la parte più lunga della missione è stata effettuata senza alcuna informazione GNSS, la seconda fase dell'elaborazione dei dati è stata quella di rafforzare il calcolo del percorso registrato utilizzando un algoritmo SLAM e le informazioni ottenute dal LiDAR montato sul Pegasus:Backpack.

Elaborazione dei dati e creazione della mappa 3D finale

"Dopo aver raccolto grandi quantità di dati - 400 GB corrispondenti ai soli dati grezzi della scansione laser - il software da ufficio per l'elaborazione delle nuvole di punti 3D Leica Cyclone è stato quindi utilizzato per allineare le scansioni ed elaborare una nuvola di punti unificata della grotta", spiega Santagata.
“Una volta che la mappa 3D è stata disponibile in un’unica nuvola di punti, sono stati generati diversi output come mappe topografiche con piante e sezioni del condotto di lava”. Inoltre, i dati sono stati successivamente utilizzati per effettuare confronti con altri tunnel di lava sulla terra, con l'obiettivo di studiare caratteristiche simili sulla Luna e su Marte; questa operazione è stata eseguita utilizzando l'Autodesk Asoftware AutoCAD 2017.
Oltre agli scopi scientifici e alla formazione per future missioni spaziali, i dati sono stati utilizzati anche per produrre contenuti multimediali e interattivi come animazioni video, realtà virtuale e applicazioni desktop che mostrano al grande pubblico le parti meno conosciute del sistema di tubi lavici Corona.
Solo sezioni limitate sono aperte al pubblico a Cueva de Los Verdes e Jameos del Agua. Inoltre, i risultati di questo progetto sono stati presentati durante un evento sulla gestione delle grotte turistiche organizzato dal Cabildo de Lanzarote nel 2019, dove è stato installato uno stand di realtà virtuale per mostrare la grotta al pubblico.

Ultimo aggiornamento sulla spedizione: sostegno alla ricerca dei batteri “mangia pietre”.

Nella primavera del 2021, Santagata è tornata a Lanzarote per sostenere un progetto di ricerca sulla microbiologia. Il progetto Tubolan, guidato da Ana Miller, geo-microbiologa dell'Istituto di Risorse Naturali e Agrobiologia di Siviglia (CSIC), è stato avviato per studiare gli organismi microbici che vivono nei sistemi di condotti lavici di Lanzarote. Le scoperte del team aiuteranno coloro che cercano la vita sulla Luna e su Marte, che hanno anch’essi condotti vulcanici. Sebbene le condizioni siano diverse da quelle terrestri, i sistemi di grotte marziani e lunari potrebbero teoricamente ospitare anche microrganismi chemiolitoautotrofi che sopravvivono e crescono utilizzando e trasformando minerali. Nell’ambito del progetto Tubolan, Santagata ha utilizzato uno scanner Leica BLK360 per realizzare scansioni e video a 360 gradi, contribuendo allo studio sulla formazione delle grotte e ampliando sempre più la geografia delle grotte. Le straordinarie riprese video realizzate possono essere guardate sul canale YouTube di VIGEA.

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