Un laser a terra che insegue un drone e analizza l’assorbimento della luce attraverso la nube di gas: il sistema messo a punto dai ricercatori della Technical University of Munich (TUM) sull’isola di Vulcano, in Sicilia, riduce l’errore di misurazione a circa il 5% e punta a trasformare il monitoraggio vulcanico in un processo autonomo. L’obiettivo è leggere in anticipo i segnali chimici che precedono un’eruzione, senza mandare un solo vulcanologo sull’orlo del cratere.
Il test, condotto a luglio 2026 nell’ambito del progetto DFG “Measurement Technology on Flying Platforms”, ha dimostrato che è possibile mappare la concentrazione dei gas vulcanici direttamente sopra il pennacchio, isolando il contributo del vulcano dal rumore di fondo della vegetazione e del suolo. «Questo è più preciso e più sicuro», ha sintetizzato il professor Achim Lilienthal, vicedirettore dell’Istituto di robotica TUM MIRMI.
L’indicatore chiave: il rapporto tra anidride carbonica e anidride solforosa
Quando il magma risale verso la superficie, la quantità di gas rilasciati aumenta e la composizione della miscela cambia in modo riconoscibile. Anidride carbonica (CO₂) e anidride solforosa (SO₂) sono i due traccianti principali: la loro solubilità nel magma dipende dalla pressione, quindi dalla profondità, e il rapporto tra le due concentrazioni rivela cosa sta accadendo nel sottosuolo.
La vulcanologa Nicole Bobrowski dell’Università di Heidelberg spiega che «il rapporto tra anidride carbonica e anidride solforosa inizialmente aumenta bruscamente e poi diminuisce di nuovo prima che inizi l’eruzione». È una curva caratteristica che, se catturata per tempo, offre una finestra di allerta che i sismometri da soli non possono fornire.
Fino a oggi le misure venivano prese al suolo, dove però i sensori intercettano anche la CO₂ emessa dal terreno e dalla vegetazione, rendendo difficile isolare il segnale vulcanico. Sollevare la misurazione nell’aria, dentro la nube di gas, elimina questa contaminazione.
Come funziona il sistema laser‑drone: 3.000 misurazioni in 15 minuti
Il cuore del sistema è una coppia laser‑riflettore. Un laser montato su un carrello a terra aggancia automaticamente il drone in volo e punta il fascio verso un riflettore installato sul velivolo. La luce attraversa due volte la nube di gas: una parte viene assorbita dall’anidride carbonica presente nell’aria, e l’attenuazione del segnale riflesso permette di calcolare la concentrazione del gas lungo il percorso.
Il drone, un velivolo di circa 2,5 kg, segue una rotta prestabilita per 10‑15 minuti a una distanza massima di 60 metri dal laser. In ogni volo raccoglie fino a 3.000 misurazioni — tra le 200 e le 300 al minuto — e un algoritmo tiene conto delle condizioni locali del vento per convertire i dati di assorbimento in una mappa tomografica tridimensionale della distribuzione dei gas a una data quota.
Il ricercatore TUM Marius Schaab, che ha guidato la campagna sull’isola di Vulcano, sottolinea un vantaggio operativo decisivo: «Questo metodo aiuta il sensore a evitare il contatto con flussi di aria calda altamente corrosivi, che potrebbero richiedere frequenti ricalibrazioni del dispositivo». La strumentazione delicata resta a terra, mentre il drone opera in condizioni che in galleria del vento avevano già mostrato un errore di misura intorno al 5%.
Due approcci a confronto: laser a terra contro sensori a bordo
Accanto al team della TUM, un secondo gruppo guidato dal professor Thorsten Hoffmann dell’Università Johannes Gutenberg di Magonza sta sperimentando una strategia complementare: montare i sensori direttamente sui droni e volare dentro il pennacchio vulcanico. I due metodi rispondono a esigenze diverse e offrono dati di natura differente.
| Caratteristica | Sistema TUM (laser‑riflettore) | Sistema Università di Magonza (sensori a bordo) |
|---|---|---|
| Metodo di misura | Laser a terra, drone con riflettore | Celle fotometriche e sensori elettrochimici sul drone |
| Peso del drone | circa 2,5 kg | circa 2,5 kg |
| Durata del volo | 10–15 minuti | fino a 40 minuti |
| Misurazioni per volo | fino a 3.000 | non dichiarate; misura lungo la traiettoria |
| Temperatura operativa | evita il contatto diretto con gas caldi | 100–140 °C (volo nel pennacchio) |
| Output principale | Mappa tomografica 3D della nube | Concentrazioni puntuali di gas, particelle e alogeni |
Hoffmann spiega che «l’anidride carbonica e l’anidride solforosa sono particolarmente importanti per noi, perché il loro rapporto ci permette di capire cosa succede nel sottosuolo». Il suo team, a differenza del sistema laser, può rilevare anche particelle ed elementi alogeni come cloro e bromo, arricchendo il quadro chimico del vulcano.
Perché un’isola di 250 residenti è il banco di prova ideale
Vulcano non è stata scelta a caso. L’ultima eruzione del Gran Cratere risale alla fine del XIX secolo, ma la montagna non ha mai smesso di esalare gas. A novembre 2021 la produzione giornaliera di anidride carbonica è saltata da 80 a 480 tonnellate, alcuni residenti hanno riferito difficoltà respiratorie e il sindaco ha ordinato ai circa 250 abitanti permanenti di lasciare le case durante la notte.
L’episodio mostra quanto sia concreto il bisogno di un monitoraggio continuo e a distanza. Un sistema capace di volare ogni giorno, in qualunque condizione il drone possa tollerare, cambierebbe la densità dei dati a disposizione dei modelli previsionali.
Lilienthal delinea la tabella di marcia: «Il nostro obiettivo è automatizzare i processi di misurazione e mappatura e fare in modo che l’intelligenza artificiale interpreti i dati». L’idea è arrivare a una stazione di monitoraggio che voli da sola, misuri l’intera nube di gas in un quarto d’ora e segnali un’anomalia nel rapporto CO₂/SO₂ senza intervento umano.
Il sistema ha già dimostrato di funzionare in modo autonomo sulla griglia di volo programmata. Le pubblicazioni scientifiche di riferimento — apparse su IEEE Sensors Letters a settembre 2025 e presentate alle conferenze I2MTC e ISOEN nel 2026 — confermano la validità del metodo. Il passo successivo sarà portare lo stesso approccio sull’Etna, un vulcano di circa 3.000 metri di altezza nella Sicilia orientale, per testarlo in condizioni operative reali.
La combinazione dei due approcci — mappatura tomografica con laser e misurazioni puntuali con sensori a bordo — potrebbe fornire alle agenzie di protezione civile uno strumento integrato che finora non esisteva. Il giorno in cui una di queste stazioni segnalerà un’impennata del rapporto CO₂/SO₂ prima di un’evacuazione, la vulcanologia avrà voltato pagina.
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