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Dati in tempo reale dalle grotte: il nostro articolo su IJS

Nel 2018 abbiamo iniziato a sviluppare un sistema che ci permettesse di ottenere dati in tempo reale dalle grotte del Carso Classico. Dopo anni di esperimenti con diverse tecnologie, nel 2024 siamo riusciti a sviluppare un kit completo, costituito da 3 elementi:

  • Dolphin: il dispositivo da fissare in fondo alla grotta, eventualmente anche sott’acqua
  • Riki: la centralina di controllo e alimentazione, da posizionare all’ingresso della grotta
  • Dragino: il trasmettitore radio, reperibile su vari negozi online

Sia Dolphin che Riki possono supportare una vasta gamma di sensori: analogici, digitali, seriali, I2C. L’alimentazione viene fornita da Riki, idealmente all’esterno della grotta, quindi per sostituire la batteria non c’è bisogno di entrare in grotta. Inoltre, Riki può essere collegato a uno schermo eInk oppure a un datalogger microsd, per consentire il recupero di dati anche nel caso in cui la trasmissione radio non funzioni, sempre senza necessità di entrare in grotta.

I nostri dispositivi sono pubblicati come Open Source, con codice e schemi per i PCB disponibili sul nostro GitHub (https://github.com/kraskikrti/rikidolphin). Le schede sono molto facili da saldare, e i componenti sono di facile reperibilità online. Abbiamo stimato che, a fine 2025, il costo dei vari componenti di Dolphin ammonti a circa 15 euro (scheda inclusa, stampabile online: https://aisler.net/p/GDHNMVOC), a cui vanno aggiunti ovviamente i sensori (qui il costo può variare indicativamente tra gli 80 e i 200 euro a seconda di cosa si desidera monitorare). Il costo complessivo di Riki, invece, ammonta a circa 40 euro (anche in questo caso scheda inclusa, stampabile online: https://aisler.net/p/BODBYGCG), più 11 euro per una batteria LiPo da 12V e 50Ah. Il trasmettitore Dragino RS485-BL si può acquistare pronto all’uso solitamente su AliExpress tra i 50 e i 60 euro. In altre parole, un kit completo costa intorno ai 120-130 euro, più il costo dei vari sensori da aggiungere a Dolphin (es.: noi attualmente stiamo utilizzando una sonda di conducibilità da 70 euro).

Naturalmente, per piccoli quantitativi è perfettamente possibile per un hobbyista saldare i componenti personalmente su Riki e Dolphin: è sufficiente un normale saldatore amatoriale d 20 euro, le schede sono state appositamente progettate senza componenti SMD. Per quantitativi più grandi, può avere senso coinvolgere una azienda specializzata in elettronica, affidando a loro la produzione: tutto il nostro materiale è rilasciato come Open Source, senza limitazioni per l’utilizzo commerciale. Questo faciliterebbe l’adozione da parte di federazioni di gruppi speleologici, che a quel punto si ritroverebbero con dei kit pronti all’uso senza bisogno di avere alcuna competenza di elettronica.

L’Abisso Bonetti

A maggio 2024 abbiamo iniziato a raccogliere dati sulla temperatura dell’Abisso Bonetti, e ricevendo i dati in tempo reale abbiamo potuto verificare una cosa che fino a quel momento avevamo solo ipotizzato: in alcuni momenti dell’anno si verificano delle colonne di aria fredda che scendono rapidamente il pozzo principale, e abbassano la sua temperatura sensibilmente. In alcuni casi è stata persino registrata una temperatura inferiore a 0°C a 50 metri di profondità, un evento decisamente raro sul Carso Goriziano.

Il nostro sistema preleva anche dati dagli eccellenti sistemi di monitoraggio ambiente della Protezione Civile del Friuli Venezia Giulia (https://monitor.protezionecivile.fvg.it/) e dell’ARSO (agenzia ambientale della Slovenia, http://hmljn.arso.gov.si/en/water/data/stanje_voda.html), per facilitare la correlazione tra precipitazioni, livello dei fiumi, e cambiamenti nei parametri fisici all’interno delle grotte.

Il paper che abbiamo scritto a proposito di questi dispositivi e del loro utilizzo nell’Abisso Bonetti è stato pubblicato sull’International Journal of Speleology, la prestigiosa rivista peer reviewed internazionale:

https://digitalcommons.usf.edu/ijs/vol55/iss2/3/

Stiamo pubblicando le spiegazioni dettagliate per l’assemblaggio del kit su una parte dedicata del nostro sito (ancora in lavorazione):

https://www.kraskikrti.net/rikidolphin/

I dati dell’Abisso Bonetti sono visualizzabili pubblicamente in tempo reale da chiunque, sulla nostra piattaforma di Open Data:

https://data.kraskikrti.net/d/uymIuHPSk/analisi-abisso-bonetti?orgId=1&from=now-7d&to=now

Riteniamo che i dati debbano essere a disposizione di tutti gli speleologi, che potranno quindi sviluppare le loro ricerche liberamente basandosi su di essi, con la sola condizione di riconoscere alle Talpe del Carso l’attribuzione dei dati. Si può decidere il periodo temporale da visualizzare semplicemente cliccando sul menù in alto a destra:

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Il rilievo 3D della Grotta Regina e i 50 anni delle Talpe del Carso

Quest’anno cadono i 50 anni dalla scoperta della Grotta Regina (gennaio 1972) e dell’attività del Gruppo Speleologico Talpe del Carso.

Per festeggiare la ricorrenza, ci ritroveremo il giorno sabato 30 luglio presso la sala del circolo Danica di San Michele del Carso (vicino alla nostra baita, trovate qui la posizione esatta: https://goo.gl/maps/JBuRbvNxeGEjZANq6 ).

Alle 20:30 presenteremo il nuovo rilievo 3D della Grotta Regina, e il dispositivo da noi sviluppato per realizzare automaticamente rilievi digitali. La conferenza durerà circa un’ora, e poi offriremo un rinfresco per brindare assieme.

Fin dalla mattina sarà possibile vedere la mostra fotografica, allestita nella stessa sala del circolo Danica, che racchiuderà immagini storiche di questo mezzo secolo di speleologia e anche la stampa 3D della scansione della Grotta Regina.

Il giorno dopo, domenica 31 luglio, sarà come al solito possibile venire a trovarci in baita, soprattutto per gli speleologi che vogliono fare un giro nella Grotta Regina.

Il programma dei festeggiamenti per i nostri 50 anni, foto sullo sfondo della prima sala della Grotta Regina realizzata da Alex Debenjak

Concludiamo questo post con una nota sul rilievo digitale della Grotta Regina, da poco pubblicato sul catasto speleologico regionale (https://catastogrotte.regione.fvg.it/schedacompleta/2328-Grotta_Regina_del_Carso).

All’inizio del 2020 abbiamo iniziato a sviluppare un nuovo sistema di rilievo 3D che permette di eseguire una scansione tridimensionale di una grotta (o di un qualsiasi ambiente chiuso, edifici inclusi) in modo automatico e, soprattutto, economico. La pandemia ci ha costretti a ridurre le attività, e ad avere poco tempo da dedicare a questa progettazione. Tuttavia, ormai siamo pronti per presentarlo. È infatti grazie a questo nuovo dispositivo, che chiamiamo Charlotte, che abbiamo potuto realizzare il rilievo digitale della Grotta Regina in un paio di uscite.

La stampa 3D in scala 1:400 del modello della Grotta Regina, ottenuto dalla scansione tramite Charlotte
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Un conduttimetro da campo

Per noi speleologi è fondamentale poter analizzare le proprietà chimiche delle acque, per identificarle. Uno degli strumenti più comodi da utilizzare è il conduttimetro: si tratta di uno strumento che misura la conducibilità elettrica dell’acqua, che è ovviamente dipendente dalla tipologia e quantità di sali presenti. Se si misurano contemporaneamente diverse sorgenti si può capire (con una certa approssimazione) quali di esse abbiano la stessa acqua e quali invece siano chiaramente diverse.

Il problema dei conduttimetri commerciali è che sono molto costosi, e i fondi a disposizione dei gruppi speleologici per l’acquisto di strumenti di ricerca scientifica non sono molto alti. Un conduttimetro portatile economico costa mediamente intorno ai 500-600 euro. I modelli più costosi superano i 1200 euro.

Nel progetto Meatloaf del Gruppo Speleologico Talpe del Carso, volto a sviluppare nuove tecnologie per le ricerche scientifiche nella speleologia, abbiamo iniziato a sviluppare un conduttimetro portatile, con questi obiettivi:

  • Deve costare intorno ai 200 euro, cella inclusa
  • Deve essere costruito con pezzi facili da reperire, così da poterlo riparare
  • Deve essere facile da trasportare, sia in campagna che in grotta
  • Deve essere facile da utilizzare, il più possibile automatico
  • Deve avere un datalogger
  • Deve essere quanto più accurato possibile

A che punto siamo?

Per il momento è complicato fare una stima precisa del costo, visto che stiamo ancora selezionando la cella conduttimetrica. E il prototipo costa sicuramente più del prezzo finale, perché abbiamo dovuto sovradimensionare la costruzione per sicurezza. Ma speriamo di riuscire a stare sotto i 200 euro in totale.
I pezzi su cui ci basiamo sono Arduino (attualmente Arduino UNO, forse Arduino MEGA in futuro) e alcuni shield prodotti da DFRobot, facilmente reperibili persino su Amazon. Abbiamo dovuto apportare alcune modifiche allo shield per lo schermo, ma si tratta di modifiche minime, facilmente replicabili in meno di un’ora. Provvederemo a descriverle nei dettagli nel manuale.
L’intero dispositivo è contenuto in una classica scatola di derivazione, con dei fori e guarnizioni per far uscire le sonde. Nel complesso è resistente ai colpi e all’acqua, anche se ovviamente non va immersa (IP55 al massimo, waterproof ma non immergibile).
Per quanto riguarda la semplicità, il dispositivo ha solo 5 pulsanti, e appena viene acceso inizia a leggere i dati. La funzione di datalog viene fatta su scheda SD, e può essere attivata in qualsiasi momento tramite il menù. Ad oggi il menù è parzialmente completato, e permette di regolare i parametri fondamentali. Il datalogging avviene memorizzando anche data e ora tramite un orologio interno, che funziona con una pila a bottone e continua a tenere l’ora anche se le pile principali vengono rimosse.
Riguardo l’accuratezza, dobbiamo fare una serie di test, confrontando i risultati ottenuti da questo dispositivo in confronto a quelli commerciali. La precisione si attesta comunque sui 10uS/cm, che per lo scopo di identificazione delle acque ipogee è perfettamente adeguato.

I prossimi sviluppi

I prossimi lavori consisteranno nel completare il menù, soprattutto per quanto riguarda la regolazione di data e ora, la calibrazione della sonda, e il reset della memoria.
Poi sarà necessario decidere se continuare a basarsi su Arduino UNO o puntare su Arduino MEGA, che costa di più ma offre più memoria.
Valuteremo se inserire anche la funzione di pHmetro.
Realizzeremo il case definitivo, cosa che ovviamente dipende dai componenti selezionati.
Infine, faremo una serie di test in varie condizioni per capire quanto possa essere affidabile il circuito sviluppato e quali sonde adottare. Questo, però, sarà possibile soltanto dopo la fine dell’emergenza per il coronavirus.