Un team di ricercatori dell'Università di Waterloo in Canada ha sviluppato una tecnologia di intelligenza artificiale (AI) per aiutare a proteggere i nostri rifornimenti d'acqua dalle tossine.

"È fondamentale avere l'acqua corrente, anche se dobbiamo bollirla, per l'igiene di base", ha detto in una nota Monica Emelko, professore di ingegneria civile e ambientale a Waterloo e coautrice dello studio. "Se non hai l'acqua corrente, le persone iniziano ad ammalarsi."

Ogni anno, a causa di molti fattori come l'aumento della temperatura e l'uso eccessivo di fertilizzanti agricoli, le fonti d'acqua in tutto il paese sono sempre più ricoperte da strati densi di alghe tossiche, che minacciano le famiglie e la fauna selvatica.

Quattro anni fa, ad esempio, mezzo milione i residenti intorno al lago Erie, la più grande riserva d'acqua dolce del pianeta, si sono svegliati con un avvertimento "Non bere" da parte dei loro governi cittadini. Rimasero senza acqua potabile e di balneazione per diversi giorni.

Cosa c'è che non va nei metodi attuali?

Sebbene sia fondamentale identificare e monitorare continuamente i microrganismi nocivi presenti nell'acqua per mantenere la sicurezza dell'acqua, gli attuali metodi di test richiedono troppo tempo, se sono manuali o troppo costosi, se automatizzati.

"Questo processo richiede molto tempo per essere eseguito manualmente da esperti umani con decine di migliaia o milioni di microrganismi in un campione d'acqua, ed è anche limitato a un piccolo numero di laboratori certificati che possono farlo", ha affermato Alex Wong, professore di ingegneria di progettazione dei sistemi presso Waterloo e coautore dello studio.

Ma ora il team di Waterloo ha sviluppato un sistema di intelligenza artificiale in grado di identificare e contare automaticamente i microrganismi tossici sia rapidamente che a basso costo.

"La capacità di eseguire tutto ciò automaticamente in pochi secondi può consentire agli impianti idrici di eseguire proiezioni direttamente in loco in modo frequente e rapido per mantenere l'acqua sicura", ha affermato Wong.

Il documento di ricerca è pubblicato sulla rivista Rapporti scientifici.

Il team comprende anche il professore di ingegneria aggiunto Chao Jin, il dottorando Jason Deglint e il ricercatore Maria Mesquita.

Il sistema

Il sistema di intelligenza artificiale del team utilizza un software in combinazione con un microscopio per analizzare in modo economico e automatico campioni d'acqua per le cellule di alghe in circa una o due ore, inclusa la conferma dei risultati da parte di un analista umano.

Secondo Wong, invece dell'attuale metodo in grado di analizzare solo una piccola area guardando solo un paio di microrganismi alla volta, il sistema del suo team identifica e conta milioni di microrganismi da maggiori volumi di campioni di acqua in pochi secondi, usando uno standard microscopio.

Poiché i test potrebbero essere eseguiti molto più rapidamente e frequentemente, i ricercatori ritengono che il loro sistema possa fornire un allarme tempestivo dei problemi.

"Dobbiamo proteggere le nostre risorse idriche", ha detto in una dichiarazione Monica Emelko, professoressa di ingegneria civile e ambientale e membro del Water Institute di Waterloo. "Questo strumento ci armerà di un sistema sentinella, un'indicazione più rapida quando sono minacciati."

Wong ritiene che il loro sistema non sia preciso solo come esperto di conteggi umani per la quantificazione cellulare, ma anche più accurato delle sonde fluorometriche, un altro metodo alternativo utilizzato al posto di esperti umani.

"La parte interessante è che abbiamo dimostrato che i test che utilizzano l'intelligenza artificiale possono essere eseguiti rapidamente e bene", ha affermato Emelko in una nota. "Ora è il momento di esaminare tutti i possibili scenari e ottimizzare la tecnologia."

Fai contare l'intelligenza artificiale

I ricercatori continueranno a migliorare il sistema in modo che un giorno possa monitorare continuamente l'acqua che scorre attraverso un microscopio per un'ampia gamma di contaminanti e microrganismi.

"Un prossimo passo sarebbe quello di esplorare e studiare la sua applicabilità a una gamma molto più ampia di microrganismi e in una più ampia varietà di scenari di fonti d'acqua naturali in cui vi sono diversi contaminanti", ha detto Wong.

"Alla fine della giornata, sono necessari studi così rigorosi per garantire che qualsiasi tecnologia sviluppata possa vedere una diffusione diffusa in scenari di vita reale".

I ricercatori stimano che potrebbero essere necessari dai due ai tre anni per perfezionare un sistema di test campione completamente commerciale da utilizzare nei laboratori o presso gli impianti di trattamento.

La tecnologia per fornire un monitoraggio continuo potrebbe essere tra tre o quattro anni.

"Questo porta la nostra ricerca in un'area ad alto impatto", ha detto Wong in una dichiarazione. "Contribuire a garantire acqua sicura attraverso la diffusione capillare di questa tecnologia sarebbe uno dei modi migliori per far davvero contare l'IA".