Archeomatica_3_2018

mediageo

ivista trimestrale, Anno IX - Numero 3 settembre 2018

ArcheomaticA

Tecnologie per i Beni Culturali

Beni Culturali Sommersi

Archeologia subacquea e geomatica

Rov e strumentazione a basso costo per rilievi fotogrammetrici di siti archeologici sommersi

Restauro e conservazione di beni culturali in ambiente sommerso

BLUMED, IMARECULTURE, LAB4DIVE


“Professore, abbiamo organizzato un numero di Archeomatica dedicato

all’archeologia subacquea. Scriverà qualcosa per noi?”. “Certamente, ma

ho bisogno di tempo. E mi fa molto piacere”. Con queste parole Claudio

Mocchegiani Carpano aveva accettato di scrivere per questo numero di

Archeomatica una sua memoria. Gli avevo chiesto un articolo introduttivo,

di inquadramento al tema della archeologia subacquea e dato il suo

entusiasmo mi aspettavo una specie di piccola lectio magistralis che

avrebbe fatto onore ad Archeomatica.

Purtroppo ci ha lasciato improvvisamente di recente e forse non sapremo

mai se aveva iniziato a scrivere qualcosa per noi.

È stato uno dei primi archeologi subacquei italiani. Nel 1976 aveva creato il Servizio Tecnico

Archeologico Subacqueo nel Ministero per i Beni Culturali e Ambientali ove ha prestato servizio

anche come Soprintendente.

Aveva avviato nel 2004 il progetto Archeomar per realizzare un Sistema Informativo Geografico

dell’archeologia marina localizzando anche imbarcazioni antiche ancora presenti nel fondo del

mare, che tanto amava. Un progetto per censire, posizionare e documentare i beni archeologici

presenti nei fondali marini delle regioni del meridione del Paese (Basilicata, Calabria, Campania

e Puglia). Il sito web archeomar.it rende conto della pubblicazione di manuali, atlanti, supporti

informatici e di un'enciclopedia in cinque volumi sull'archeologia marina delle regioni interessate.

Inoltre, la creazione di un GIS completo e interattivo, di supporto alla gestione, valorizzazione

e protezione del patrimonio archeologico subacqueo e la distribuzione alle Forze di Polizia di

supporti magnetici di archivio.

Famoso anche per la ricerca del 1974 quando esplorando i collettori allagati negli ipogei del

Colosseo fece scavare un collettore ostruito dalla antica “spazzatura” prodotta dagli spettatori.

Trovò di tutto, dagli ossi di animali feroci ai noccioli di pesca e altri residui vegetali, iniziando

così una ricerca interdisciplinare attraverso la “spazzatura” del monumento per documentare

realmente la vita e le attività che vi si svolgevano.

Troveremo in questo numero molti articoli che basandosi sulle nuove tecnologie ci portano

nuovi strumenti di indagine come Il tablet subacqueo per la documentazione e la fruizione

dei siti archeologici sommersi, di Fabio Bruno, Barbara Davidde Petriaggi, Marino Mangeruga e

Marco Cozza. Ma anche Tecniche di Data Fusion nell’archeologia subacquea e geomatica per la

ricostruzione del paesaggio fluviale tardoantico del Po antico, di Giovanna Bucci. Per i Rilievi

fotogrammetrici a basso costo di siti archeologici sommersi tramite ROV, un articolo di Elisa

Costa, Francesco Guerra e Paolo Vernier. Sul come utilizzare la Tecnica Robotica per salvare i beni

culturali sommersi un articolo di Ramiro Dell’Erba, Claudio Moriconi e Alfredo Trocciola.

Il degrado dei materiali lapidei in ambienti sommersi è il tema dell’articolo di Mauro Francesco

La Russa e Michela Ricca, come risulta dalle campagne di ricerca condotte su manufattie resti

archeologici sommersi.

Chiude questo numero una Guest Paper sulla Characterization and treatment study of ahandcraft

brass trumpet from Dhamar Museum, Yemen di Megahed M. e Abdelbar M., che sarebbe stata

destinata al prossimo numero dello speciale Archeomatica International 2018 ma che colma il

vuoto lasciatoci da Claudio Mocchegiani Carpano al quale dedichiamo questa rassegna di articoli

sul suo affascinante mondo.

EDITORIALE

L’archeologia subacquea nei mari,

laghi, fiumi, lagune, ipogei

Buona lettura,

Renzo Carlucci


IN QUESTO NUMERO

DOCUMENTAZIONE

6 Un tablet subacqueo per la

documentazione e la fruizione

dei siti archeologici sommersi

di Fabio Bruno, Barbara Davidde Petriaggi,

Marino Mangeruga, Marco Cozza

In copertina un'immagine di un archeologo

subacqueo alle prese con il test del tablet

sottomarino presso l'isola di Poros. (Crediti:

iMareculture, Lab4dive).

10 Archeologia subacquea e

geomatica per la ricostruzione

del paesaggio fluviale

ferrarese nella Tarda

Antichità: tecniche data

fusion, indagini dirette e

indirette di Giovanna Bucci

3D Target 2

Geogrà 34

Geomax 47

GEOmedia 40

Geospatial World Forum 15

Gter 20

Stonex 27

Teorema 46

16 ROV e Strumentazione a basso

costo per rilievi fotogrammetrici

di siti archeologici sommersi

di Elisa Costa, Francesco Guerra, Paolo Vernier

Testo 21

Topcon 43

Vector 48

ArcheomaticA

Tecnologie per i Beni Culturali

Anno IX, N° 3 - settembre 2018

Archeomatica, trimestrale pubblicata dal 2009, è la prima rivista

italiana interamente dedicata alla divulgazione, promozione

e interscambio di conoscenze sulle tecnologie per la tutela,

la conservazione, la valorizzazione e la fruizione del patrimonio

culturale italiano ed internazionale. Pubblica argomenti su

tecnologie per il rilievo e la documentazione, per l'analisi e la

diagnosi, per l'intervento di restauro o per la manutenzione e,

in ultimo, per la fruizione legata all'indotto dei musei e dei

parchi archeologici, senza tralasciare le modalità di fruizione

avanzata del web con il suo social networking e le periferiche

"smart". Collabora con tutti i riferimenti del settore sia italiani

che stranieri, tra i quali professionisti, istituzioni, accademia,

enti di ricerca e pubbliche amministrazioni.

Direttore

Renzo Carlucci

dir@archeomatica.it

Direttore Responsabile

Michele Fasolo

michele.fasolo@archeomatica.it

Comitato scientifico

Annalisa Cipriani, Maurizio Forte,

Bernard Frischer, Giovanni Ettore Gigante,

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Redazione

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giovanna.castelli@archeomatica.it

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Valerio Carlucci

valerio.carlucci@archeomatica.it

Domenico Santarsiero

domenico.santarsiero@archeomatica.it

Luca Papi

luca.papi@archeomatica.it


22 La tecnologia robotica

può salvare i beni culturali

sommersi? di Ramiro Dell’Erba,

Claudio Moriconi, Alfredo Trocciola

RUBRICHE

34 AGORÀ

Notizie dal mondo delle

Tecnologie dei Beni

Culturali

RESTAURO

28 Il degrado dei materiali

lapidei in ambiente sommerso

di Mauro Francesco La Russa, Michela Ricca

44 AZIENDE E

PRODOTTI

Soluzioni allo Stato

dell'Arte

46 EVENTI

GUEST PAPER

36 Characterization and Treatment Study

of a Handcraft Brass Trumpet From

Dhamar Museum, Yemen

By Mohamed M. Megahed, Mohamed M. Abdelbar

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Archeomatica è una testata registrata al

Tribunale di Roma con il numero 395/2009

del 19 novembre 2009

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Data chiusura in redazione: 30 luglio 2018


DOCUMENTAZIONE

Un tablet subacqueo per la

documentazione e la fruizione

dei siti archeologici sommersi

di Fabio Bruno, Barbara Davidde Petriaggi, Marino Mangeruga, Marco Cozza

Fig. 1 - Il tablet viene utilizzato per visualizzare l’ipotesi ricostruttiva

durante un’immersione nella “Villa con ingresso a protiro”.

Grazie ai progetti iMARECulture

e Lab4Dive, due partenariati

internazionali stanno sviluppando

un tablet subacqueo dedicato ai

siti archeologici sommersi che è in

grado sia di arricchire l’esperienza

di visita da parte dei turisti che di

supportare il lavoro di ispezione

e documentazione condotto dagli

archeologi subacquei.

I

siti archeologici subacquei, sia nel caso dei relitti che di strutture o città sommerse, esercitano un

notevole fascino sul pubblico, sia per l’alone di mistero che li ricopre, sia per la simbiosi che si crea

fra il manufatto e le creature che popolano l’ambiente marino. Tuttavia, spesso è difficile per i visitatori

meno esperti riuscire ad orientarsi sott’acqua e comprendere cosa effettivamente rappresentino

i resti che stanno ammirando. I visitatori seguono una guida subacquea ma, spesso, trovano difficoltà a

comprendere la topografia del sito a causa della visibilità ridotta che si può avere sott’acqua oltre che

per via del degrado che progressivamente i materiali subiscono. Inoltre, le informazioni su tutto ciò che

potranno vedere durante l’immersione vengono fornite dalla guida durante il briefing, ovvero prima di

entrare in acqua. Talvolta non è semplice ricordare quanto si è ascoltato ed associarlo a quello che si

sta vedendo durante l’immersione. Inoltre, non tutti hanno la fortuna di poter visitare di persona un sito

archeologico subacqueo. L’immersione subacquea, infatti, è un’attività divertente, ma anche impegnativa

e richiede l’acquisizione di alcune conoscenze di base e di un vero e proprio brevetto per poterla

svolgere in totale sicurezza e nel rispetto delle regole. Alla luce di queste considerazioni, nell’ambito

del progetto i-MareCulture sono state sviluppate delle soluzioni tecnologiche atte a sopperire a tutte

queste diverse esigenze. Da un lato, è stato sviluppato un sistema di esplorazione aumentata rivolto

ai subacquei che effettuano la visita in immersione di un sito archeologico e che consenta loro di avere

a disposizione una guida virtuale che fornisca informazioni contestualizzate in base alla specifica

6 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 7

area che si sta visitando. Dall’altro lato, è stato realizzato

un sistema virtuale di immersione subacquea in modo da

permettere a tutti, dai più piccoli ai più grandi, di poter

ammirare il patrimonio culturale sommerso, senza la

necessità di effettuare un’immersione subacquea e senza

bagnare nemmeno un capello.

i-MareCulture (Immersive serious games and augmented

reality as tools to raise awareness and access to european

underwater culture) è un progetto di ricerca finanziato

dalla Commissione Europea nell’ambito del Programma

Horizon2020 ed è sviluppato da un partenariato, coordinato

dalla Cyprus University of Technology, in cui per l’Italia

partecipano l’Istituto Superiore per la Conservazione

e il Restauro e la 3D Research s.r.l.. Lo scopo principale

del progetto è quello di riconnettere tra loro i Paesi del

Mediterraneo, promuovendo un senso comune di identità

Europea, attraverso la conoscenza, la valorizzazione e la

salvaguardia del patrimonio archeologico sommerso, simbolo

per eccellenza dello scambio culturale e commerciale

da sempre in atto nel Mare Mediterraneo. Ed è proprio

per favorire tale obiettivo che diventa ancora più importante

rendere accessibile al grande pubblico il patrimonio

sommerso, attraverso l’uso di tecnologie interattive,

realtà virtuale e realtà aumentata subacquea. Sono state

esattamente queste le motivazioni che hanno spinto alla

realizzazione delle soluzioni tecnologiche citate prima.

Il sistema di realtà aumentata e navigazione 3D è basato

sull’uso di uno speciale tablet subacqueo provvisto di

un sistema di localizzazione che permette ai subacquei di

conoscere la propria posizione all’interno del sito, di ricevere

informazioni sui punti di interesse, sulla profondità

e sul tempo di immersione. Una prima versione del tablet

subacqueo era stata realizzata (dal 2014 al 2016) nell’ambito

del progetto VISAS (Valorizzazione integrata dei Siti

Archeologici Sommersi) per migliorare la fruibilità dei siti

archeologici sommersi. Una delle sfide per realizzare un

sistema di questo tipo è legata al fatto che nell’ambiente

subacqueo i classici sistemi di posizionamento terrestri,

come ad esempio il GPS, non funzionano poiché il segnale

proveniente dai satelliti viene attenuato dall’acqua al

punto che riesce a penetrare solo per pochi centimetri al

di sotto della superficie del mare. In natura esistono diverse

specie che utilizzano segnali acustici per orientarsi,

come ad esempio i delfini, il cui senso principale è proprio

l’udito e la cui più importante forma di comunicazione è

appunto quella sonora. Le onde acustiche infatti, a differenza

di quelle elettromagnetiche, si propagano benissimo

sott’acqua. Il sistema di posizionamento subacqueo

utilizzato nei progetti i-MareCulture e Lab4Dive è in grado

quindi di sopperire all’assenza del segnale GPS in ambiente

sottomarino attraverso un sistema di comunicazione

acustica, basato su emettitori ad ultrasuoni, che operano

su frequenze non udibili dagli esseri umani. Grazie a

tale sistema di posizionamento acustico, il tablet fornisce

ai sommozzatori le informazioni sulla propria posizione

all’interno del sito, profondità alla quale si trovano,

direzione e percorso da seguire per raggiungere i diversi

manufatti e punti di interessi.

L’interfaccia grafica del tablet (Figura 1) è in grado di fornire

molte informazioni utili all’utente, come ad esempio

il tempo di immersione, la profondità e la temperatura

dell’acqua, la qualità del segnale acustico, le informazioni

sul percorso e sui punti di interesse già visitati e quelli

da visitare, migliorando l'esperienza di visita del sito sia

per i subacquei ricreativi che per quelli tecnico-scientifici.

Il tablet permette inoltre, durante una visita ad un sito

Fig. 2 - Interfaccia utente visualizzata sul tablet subacqueo.

archeologico subacqueo, di scattare foto geo-localizzate

dei momenti più emozionanti dell’immersione. Questa

funzionalità risulta utile non solo dal punto di vista ricreativo

ma anche da quello professionale. Infatti, durante

un’immersione di tipo tecnico il sub, oltre ad avere una

maggiore cognizione della sua posizione all’interno del

sito, può documentare in maniera più accurata e semplice

rispetto al passato, le attività svolte attraverso la scrittura

di note, l’acquisizione di foto e video, con il vantaggio di

poter conoscere il punto preciso dove ognuna di queste è

stata prodotta. Ma le novità che questo particolare tablet

porta nel mondo sottomarino non sono finite. Anzi, quella

di cui dobbiamo ancora parlare è forse l’applicazione più

innovativa in ambito subacqueo fra quelle che abbiamo

descritto. Attraverso il tablet, infatti, è anche possibile visualizzare

in realtà aumentata le ipotesi ricostruttive delle

strutture sommerse. Per capire meglio di cosa si tratta

possiamo vedere l’esempio mostrato in Figura 2, nel quale

un sub si trova in un sito archeologico e sta visitando i

resti di un’antica villa. Attivando la funzionalità di realtà

Fig. 3 - Visualizzazione sul tablet subacqueo dell’ipotesi ricostruttiva

della stanza del mosaico.


Fig. 4 - Test del sistema presso l'isola di Poros.

aumentata sul tablet, il sub è in grado di visualizzare l’ipotesi

ricostruttiva della villa e di comprendere più a fondo

le antiche rovine che sta visitando, osservando non solo

quello che “è” ma anche quello che probabilmente “era”.

Le ipotesi ricostruttive vengono realizzate attraverso un

preciso flusso di lavoro che parte dal rilievo 3D del sito,

realizzato attraverso la combinazione di tecniche ottiche

e acustiche, per arrivare fino alla modellazione delle ipotesi

ricostruttive. Tutti i passaggi vengono realizzati grazie

alla stretta collaborazione fra archeologi, modellatori e

sviluppatori.

Il sistema sarà completato entro l’estate del 2019 e fino ad

allora verranno effettuati numerosi test prima del rilascio,

per migliorare il più possibile l’esperienza dell’utente. Attualmente,

grazie alla collaborazione attivata con il Parco

Archeologico dei Campi Flegrei, un primo test ufficiale è già

stato effettuato nel sito pilota del Parco Sommerso di Baia,

nel comune di Bacoli (NA). In particolare l’area scelta per

la sperimentazione ricade all’interno della cosiddetta “Villa

con ingresso a protiro”, una delle tante lussuose residenze

private che furono erette da aristocratici e facoltosi romani

lungo l’amena costa di Baia con l'intento di villeggiarvi

all'insegna dell'otium. Nell’atrio di questa villa, era un vano

che probabilmente è da ritenersi una stanza da letto. Il pavimento

di questo vano è impreziosito da uno splendido mosaico

a tessere bianche e nere con una decorazione a pelte,

tuttora visibile, che possiamo vedere in Figura 3.

Un sub in immersione nella villa può così visualizzare in

realtà aumentata l’ipotesi ricostruttiva di alcune aree tramite

il tablet (Figura 3).

Questo sistema basato sul tablet subacqueo, grazie al progetto

Lab4Dive (Mobile Smart Lab for augmented archaeological

dives), finanziato nell’ambito del programma EMFF

dell’Unione Europea, diventa un vero e proprio laboratorio

portatile low cost che aiuta gli archeologi subacquei durante

le attività di rilievo, documentazione e conservazione

del patrimonio archeologico sommerso. Il progetto,

partito nel marzo 2017, vanta diversi partner, quali: 3D

Research s.r.l., l’Università Politecnica delle Marche, la

società greca Atlantis Consulting e l’Hellenic Institute of

Marine Archaeology (H.I.M.A.). Gli archeologici subacquei

possono esplorare relitti e siti archeologici sommersi utilizzando

il tablet per orientarsi anche in condizioni di scarsa

visibilità, grazie alle funzionalità di navigazione aumentata

e alla possibilità di pianificare, attraverso un apposito

software, le attività prima di effettuare l’immersione. Il

sistema consente inoltre di annotare aree di interesse direttamente

durante l’immersione, memorizzando il punto

esatto in cui è stata scattata la foto o è stata scritta la

nota. A fine immersione, tutti i dati acquisiti tramite il tablet

sono memorizzati su un sistema cloud per poter essere

visualizzati ed elaborati successivamente. Il tablet, inoltre,

si interfaccia ad una camera ad alta risoluzione per

acquisire automaticamente un set di foto che possono essere

utilizzate per produrre una mappa 3D del sito o di una

porzione di esso. Le caratteristiche del sistema Lab4Dive

consentono di velocizzare e semplificare le attività di documentazione

dei siti archeologici sommersi. Attualmente

è in corso la sperimentazione e la validazione del sistema

attraverso attività di documentazione e rilievo da parte

degli archeologi dell’H.I.M.A. su un relitto risalente all’età

del bronzo presso l’isolotto di Modi, a sud est dell’isola di

Poros, nel Golfo Saronico in Grecia (Figura 4).

Tornando al progetto i-MareCulture, per quanto riguarda

il sistema di realtà virtuale, è stata sviluppata un’applicazione

che permette di effettuare un’immersione virtuale

in alcuni siti archeologici subacquei del Mar Mediterraneo.

L’immersione virtuale può essere effettuata utilizzando diversi

tipi di Head Mounted Display (HMD) quali l’HTC Vive,

il Samsung Gear VR o il Google Daydream sfruttando le

potenzialità di questi dispositivi che consentono una piena

libertà di movimento e di interazione con l’ambiente

virtuale. La visita virtuale può avvenire in due differenti

modalità, una con l’acqua ed una senza (Figura 5). La prima

modalità è una rappresentazione realistica del sito e

Fig. 5 - Le due diverse modalità di immersione virtuale. (sx) Con acqua: Visibilità ridotta e colori alterati. (dx) Senza acqua: Visibilità buona e colori reali.

8 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 9

dell’ambiente subacqueo, ottenuta attraverso tecniche di

computer grafica per riprodurre le condizioni ambientali

tipiche di una scena subacquea (Figura 5a). Gli effetti grafici

riproducono quindi la torbidità dell’acqua, l’assorbimento

della componente rossa dello spettro luminoso che

aumenta con la profondità di immersione, la rifrazione e

la riflessione della luce causate dalle particelle sospese

nell’acqua. La seconda modalità di visualizzazione, invece,

permette di osservare il sito in maniera più chiara e

nitida senza alcun effetto grafico volto a simulare la limitata

visibilità dell’ambiente subacqueo (Figura 5b). L’utente

in questa modalità ha l’impressione che l’acqua sia

stata rimossa e può visualizzare i resti archeologici con il

loro colore naturale. Inoltre, così come avviene sul tablet

attraverso la realtà aumentata, è possibile visualizzare

anche in questo sistema di realtà virtuale l’ipotesi ricostruttiva

dei resti archeologici che si stanno osservando

(Figura 6). In questo caso naturalmente l’impatto visivo

ed emotivo è maggiore perché è un’esperienza di tipo immersivo

con una qualità di visualizzazione più alta rispetto

ad un’osservazione del modello ricostruito sul più piccolo

schermo del tablet. Durante la visita al sito si possono visualizzare

delle schede informative di approfondimento e

dei video che, seguendo l’approccio tipico dello storytelling,

forniscono all’utente i contenuti didattici attraverso

la narrazione effettuata da attori reali che vestono i panni

di personaggi dell’epoca di riferimento e accompagnano

l’utente nel suo viaggio recitando un ruolo coerente con

la storia del luogo che si sta visitando. I video, realizzati

dall’Università di Sarajevo, sono fruibili sempre attraverso

gli HMD e, pertanto, sono stati realizzati con un campo

visivo di 360 gradi. L’utente potrà dunque, durante l’esplorazione,

attivare in sequenza i video a 360 gradi disposti

nell’ambiente virtuale per “entrare nel vivo della storia”.

In Figura 6 è possibile vedere un esempio dei video a 360

gradi, nel quale il padrone della “Villa con ingresso a Protiro”

sta accompagnando un ragazzo attraverso le varie

stanze, raccontando dettagli e curiosità riguardo la sua

residenza estiva.

Fig. 6 - Esplorazione virtuale dell’ipotesi ricostruttiva della villa.

Abstract

Within the i-MareCulture and Lab4Dive projects, an international partnership

is developing different technologies for both in-situ and virtual underwater

exploration. In particular, an underwater tablet dedicated to the archaeological

sites is being developed to improve the recreational diving experience

and support the research activities conducted by the archaeological divers.

This tablet allows the diver to recognize his position in the underwater site,

to acquire geo-localized photos and notes and to visualize the hypothetical

reconstruction of the underwater remains through the augmented reality. In

addition, it has been realized a virtual diving application that enables every

user to explore some different underwater archaeological sites of the Mediterranean

Sea without the need to conduct a proper dive. This virtual visit can

be enjoyed by means of different Head Mounted Displays (HMDs), such as the

HTC Vive, the Samsung Gear VR or the Google Daydream, exploiting the features

of these devices to interact with the virtual environment. During the visit,

additional information can be obtained playing some videos realized with the

typical approach of the storytelling and a 360° field of view.

Parole chiave

Archeologia subacquea; documentazione; fruizione; tablet subacqueo;

realtà virtuale; realtà aumentata; geolocalizzazione

Autore

Fabio Bruno

fabio.bruno@unical.it

Università della Calabria, Rende (CS)

Marino Mangeruga

marino.mangeruga@unical.it

Università della Calabria, Rende (CS)

Barbara Davidde Petriaggi

barbara.davidde@beniculturali.it

Istituto Superiore per la Conservazione ed il Restauro, Roma

Marco Cozza

info@3dresearch

3D Research s.r.l. , Rende (CS)

Fig. 7 - Visuale a 360 gradi della narrazione virtuale all'interno della "Villa con ingresso a protiro".


DOCUMENTAZIONE

Archeologia subacquea e geomatica per la ricostruzione

del paesaggio fluviale ferrarese nella Tarda Antichità:

tecniche data fusion, indagini dirette e indirette

di Giovanna Bucci

Il Progetto ASAI – Archeologia

Subacquea delle Acque Interne,

coordinato dalla scrivente, è

incentrato sulla sperimentazione

metodologica scientifica

multidisciplinare per lo studio,

la ricerca e la ricostruzione del

paesaggio fluviale antico. Il sito

della prima sperimentazione

completa si colloca presso il

Lago Tramonto, Gambulaga –

Portomaggiore (FE – Figg. 1-2).

Fig. 1 – Immagine satellitare Google Earth della provincia di Ferrara: al centro, indicato da picchetto rosso il sito

oggetto di studio (accesso Google Earth 13/09/2018)

Il programma, nato nel 2009, procede ora nell’ambito

del LAS – Laboratorio di Archeologia Subacquea del

Dipartimento dei Beni Culturali dell’Università di

Padova (in collaborazione con Federazione ITA F07 CMAS

Diving Center Italia – Confédération Mondiale des Activités

Subaquatiques, Soprintendenza Archeologia, Belle Arti e

Paesaggio per la città metropolitana di Bologna e le province

di Modena, Reggio Emilia e Ferrara, settore Archeologia,

Comune di Portomaggiore, Agriturismo ai due Laghi del

Verginese).

Alla luce di una approfondita indagine bibliografica e

delle fonti, dopo aver riesaminato foto aeree e satellitari

(già oggetto di studio in lavori precedenti – Bucci 2018),

stiamo elaborando la sommatoria dei dati raccolti per la

ricostruzione del paesaggio antico ai fini della valorizzazione

del patrimonio culturale locale, ancora poco noto.

La scarsa visibilità e la morfologia delle sponde del lago

Tramonto non consentendo agile osservazione autoptica

delle emergenze archeologiche e hanno portato all’uso di

tecniche remote sensing per topografia e rilevamenti in

immersione, con particolare riferimento al posizionamento

di strutture e reperti e relativa misurazione. In tal senso le

tecniche di geomatica hanno dato un importante contributo

alla comprensione del sito.

CONTESTO DELLA RICERCA

Il contesto idrografico tardoantico e medievale del Delta

ferrarese è caratterizzato dalla presenza di assi idroviari

che si sviluppano attraverso meandri e settori rettilinei.

Questi ultimi sono il risultato della regimazione degli alvei,

certamente frequentati sin dalla fase etrusca. Il Po “grande”

si diramava in direzione Est – Sudest separandosi in Po di

Volano - Olana, Po di Spina – Eridanus e, successivamente, a

Sud, in Po di Primaro.

Il c.d. Po di Spina, noto dalle fonti (cfr. Calzolari 2004),

attraversa nella fase romana e medievale, i centri di

Voghiera – Voghenza, un vicus (http://www.archeobologna.

beniculturali.it/Ferrara/area.htm#Necropoli_Romana_di_

Voghenza), di Gambulaga, le aree boschive di Rovereto

(già Roburetum), il territorio di Ostellato per giungere a

Comacchio, il Castrum Cumiacli, nei pressi della Chiesa

di Santa Maria in Padovetere (Fabbri 1987, Patitucci

Uggeri 2002b, Corti 2007), recentemente oggetto di

indagini archeologiche da parte della Soprintendenza in

collaborazione con il Comune di Comacchio; tali ricerche

hanno messo in luce anch’esse un settore del margine

spondale settentrionale del ramo fluviale oggetto di studio,

facendo emergere uno scafo ligneo cucito e alcune piroghe

monossili (http://www.archeobologna.beniculturali.it/fe_

comacchio/imbarcazioni_2014.htm).

In corrispondenza del settore centrale del paleoalveo del

Po di Spina, Eridanus, il fiume si suddivide in direzione del

Reno, parallelamente al Sandalo, per deviare verso una

piccola frazione del Comune di Portomaggiore, Gambulaga

10 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 11

(cfr. Bondesan, Masè 1984; Calabrese, Centineo & Cibin

2009; Luetti, Veronese & Brunaldi 2005; Stefani 2006), zona

interessata da poli estrattivi di sedimenti fini attivi negli

Anni Novanta, ora dismessi e convertiti in oasi naturalistiche

lacustri. Il Lago Tramonto è un bacino artificiale in falda

che si sviluppa all’interno di un paleoalveo con meandro

orientato verso Nordest (Fig. 3) e margine spondale

settentrionale caratterizzato da un alto dosso parafluviale

(m +2 - 5,00 slm). Il contesto stratigrafico è caratterizzato

da alternanze di argille, limi, sabbie; le acque sono

verdi e prevalentemente opache a causa del sedimento

fine in sospensione insieme alle alghe. Il fiume storico è

riconoscibile nelle foto aeree e satellitari.

La scoperta occasionale della necropoli dei Fadieni nel

2002 (Berti 2006), durante lavori agricoli presso l’adiacente

Podere Santa Caterina a Nord del Lago, e i successivi studi

nell’ambito archeologico subacqueo, hanno messo in luce

la frequentazione del sito dall’Epoca Imperiale all’Alto

Medioevo (Bucci 2010a, 2010b, 2015, 2018a, 2018b). Dopo

gli scavi archeologici dell’area funeraria, è stato portato

a termine un progetto di ricognizioni archeologiche in

immersione e studi degli antichi settori fluviali al fine

di ricostruire il sistema idrografico antico del territorio

ferrarese caratterizzato da forme di insediamento sparso.

Lo sviluppo del fiume influenza la distribuzione del sistema

insediativo, degli sviluppi commerciali e dei trasporti

attraverso le acque interne (Patitucci Uggeri 2002a, 2002b,

2016).

Le ricognizioni subacquee condotte fra 2009 e 2018, fino

alla profondità -12m, insieme a indagini strumentali

effettuate su tutto il lago, hanno fatto emergere nuovi

dati circa la realtà insediativa del paleoalveo di Po. La

presenza di laterizi con marchio di fabbrica Pansiana (a

proposito della produzione Pansiana v. Pellicioni 2012),

reperti ceramici (contenitori, quali anfore, vasellame da

cucina, tegami per la cottura) romani e medievali hanno

consentito di documentare la continuità di uso del territorio

attraverso i secoli (Bucci 2018a). L’antropizzazione si

attesta sulla sponda settentrionale del fiume, oggi circa in

corrispondenza del limite Nord del lago.

METODOLOGIA E TECNICA DELLA RICERCA

ARCHEOLOGICA DEL PROGETTO ASAI

Sul sito sono state condotte indagini dirette e indirette

riconducibili a quattro attività sul campo fondamentali:

survey a terra nei pressi del lago, carotaggi geo-archeologici,

ricognizioni subacquee, survey idrografico (ricerche

corredate da rilievi, foto, video). A ciò si aggiungono esame

delle foto aeree e satellitari, rilettura da software dedicato

dei dati da echo side scan sonar, geomatica applicata

all’archeologica con analisi della cartografia storica,

delle fonti e della bibliografia, inventario e catalogazione

dei reperti e ripartizione percentuale degli stessi, analisi

archeometriche di manufatti fittili (Rambaldi 2013) e

analisi petrografiche di campioni prelevati dalla stratigrafia

(Facchini 2017).

Nella prima fase dei lavori ci siamo posti il quesito di come

effettuare e con quali mezzi le ricognizioni in ambiente di

scarsa visibilità: uno dei principali problemi è stato come

misurare ciò che non si riusciva a vedere in immersione.

Era necessario, una volta compreso dove effettivamente

si trovasse l’area ai di maggiore interesse archeologico,

effettuare una ricognizione con lo scopo di ottenere dati

di misura e corretta posizione dei rinvenimenti al fine di

correlarli e stabilire rapporti tra strutture e oggetti. Il survey

autoptico aveva diversi limiti. L’ambiente fluviale/lacustre

Fig. 2 – Lago Tramonto, Gambulaga – Portomaggiore (FE): sponda settentrionale

(foto Autore 2018).

è caratterizzato da scarsa visibilità (sospensione argillosa)

e superfici discontinue (canyon, buche, frane, tronchi

d’albero); le foto leggibili possono essere solo ravvicinate

o macro; i sistemi fotogrammetrici non si confanno a

questo tipo di superfici e visibilità; in questo caso il video

mapping è gestibile solo a corto raggio, non consentendo

la panoramica di insieme per correlare i rinvenimenti e a

causa della discontinuità morfologica del fondale, unita al

sedimento soffice che entra in sospensione obnubilando la

prospettiva di indagine (il sito subacqueo è lungo circa m

200,00). Ci siamo quindi dotati di echo side scan sonar con

software di lettura dati, per verificare a computer i dati

delle scansioni.

Il survey indiretto è stato effettuato mediante strumento

integrato GPS-ecoscandaglio side scan sonar Humminbird

1198c SI Combo. Sono state rilevate 7 planimetrie 3D, 2

sezioni cumulative 3D (Nord-Sud ed Est-Ovest) elaborate

con software dedicato Drdepth.se (v. Bucci 2015 e 2018);

sono stati selezionati 25 snapshot, ciascuno dei quali con

visone DI (down image) e SI (side image), grazie al software

Humviewer, per un totale di 25 rilievi di anomalie.

Gli step dell’applicazione geomatica proposta hanno visto

innanzitutto la collocazione di punti georeferenziati su

bordo e fondo lago, suddivisione sistematica dell’area

di indagine in swath / transetti con modulo geometrico

ripetibile, agganciato alle coordinate geografiche, survey

idrografico, schematizzazione su livelli sovrapposti di

Fig. 3 – Gambulaga – Portomaggiore (FE). Tracciato dei principali paleoalvei a Nord di Portomaggiore:

in alto il tratto dell’Eridanus con regimazione artificiale antica (rettilineo), in basso

il corso del Sandalo (elaborazione G. Bucci su immagine satellitare Google Earth 2018).


Fig. 4 - Lago Tramonto, Gambulaga – Portomaggiore (FE): rilievo 3D

con georeferenziazione satellitare nel sistema Google Earth (elaborazione

di G. Zuffi – Hydrosynergy).

Fig. 5 – Lago Tramonto, Gambulaga (FE). Immagine da echo-side scan sonar aperta

con Humviewer e 4 immagini relative al margine spondale: strati di argilla compatta,

palo infisso verticale, tronco orizzontale in piano, tronco in seconda giacitura (Foto

Autore 2016-2018).

morfologia e rinvenimenti, misurazione indiretta. La fase

di data fusion ha contemplato il susseguirsi di proiezioni di

visualizzazioni side image e down image confrontate con

proiezioni di video subacquei realizzati direttamente in

immersione da chi scrive.

Considerando le diverse tecniche di rilevamento e analisi

dei parametri metrici e fisici dell’ambiente, per la

topografia abbiamo provveduto a inserire il rilievo 3D con

georeferenziazione satellitare nel sistema Google Earth,

posizionando la planimetria a sua volta connessa con

riferimenti di profondità geolocalizzati (Fig. 4).

Grazie a un accurato esame della documentazione con

software dedicato è stato portato a termine il rilevamento

di anomalie di fondale con misurazione e registrazione dei

dati metrici anche per poter organizzare nuove ricognizioni

subacquee specifiche.

La strumentazione ha consentito di verificare presenza,

iso-orientamento e dati metrici di lunghi tronchi adoperati

per rinforzare i margini spondali del fiume, ha ampliato

la conoscenza del sito, le prospettive di indagine e

dilatato la cronologia della frequentazione, a seguito del

riconoscimento deduttivo di anomalie di fondale. Grazie

al posizionamento di questi punti, ci siamo immersi per

completare la documentazione del sito subacqueo e

verificare quanto riscontrato dal remote sensing (Fig. 5).

DATI ARCHEOLOGICI E PRINCIPALI SCOPERTE 2016-2018

L’analisi stratigrafica dell’area si presenta con una sequenza

di tre paleosuoli intervallati da strati alluvionali depositati

dalle esondazioni fluviali. Il carotaggio geo-archeologico

portato a termine nel 2017 sintetizza l’evoluzione della

sponda Nord del ramo di Po (Bucci 2018a). Il piano di

calpestio più antico si trova a m -7,00 circa (argilla limosa

violacea con tracce vegetali), coperto da uno strato di limo

grigio con malacofauna di acqua dolce; a m -5,50 si attesta il

paleosuolo romano con micro frammenti di laterizi; una serie

di strati di sabbia, limo e argilla grigi coprono la fase protoimperiale;

a m -3,20 di profondità circa si trova il piano di

calpestio tardoantico-medievale, successivamente coperto

da alluvioni di limo beige. La stratigrafia trova riscontro con

le prime sezioni rilevate in immersione nel 2009 (Bucci 2010a,

2010b). Proprio dallo strato argilloso compatto del periodo

tardo sono state trovate nelle ricognizioni subacquee 2018

anfore Late Roman ascrivibili al V sec. d.C.

Fig. 6 – Lago Tramonto, Gambulaga (FE), palo infisso e palo lavorato orizzontale con tracce di legatura (foto Autore 2016).

12 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 13

Fig. 7 – Lago Tramonto, Gambulaga (FE), frammenti di travi e pali su dosso limoso (foto Autore 2016).

Di straordinario interesse i ritrovamenti in legno: undici

pali allineati con diametro compreso tra cm 10,00 e

20,00, infissi in uno strato di argilla grigio scuro compatto,

coperto da uno strato di argilla limosa marrone chiaro

sterile; a Ovest della struttura si trovano quattro pali

con diametro pari a cm 25,00, forse la fondazione di una

torretta di guardia (Fig. 6). Una trave con scasse lunga m

6,00, una trave con fori insieme ad altri pezzi sparsi in

crollo giacciono su un dosso limoso (Fig. 7). Due lunghi e

grossi tronchi (diametro m 1,00) dall’estremità biforcuta,

giacciono isorientati in direzione Nordovest (Fig. 8).

Tronchi tagliati con criteri di utilità si riscontrano in tutto

il contesto di frequentazione: pali rastremati, lisci, con

e senza tagli insieme a tronchi con diametro di cm 10-

15,00 recanti tracce di legatura. Si tratta forse di elementi

costruttivi di zattere, anticamente fissati gli uni agli altri

da fibre vegetali o animali. Nel settore Est del margine

spondale, ben ravvisabile dalle immagini ricavate dalla

lettura dei dati da echo side scan sonar, si trovano tre

lunghi tronchi dislocati secondo l’asse idroviario, forse

parte della struttura della banchina, evidentemente

progettata con elementi verticali di fissaggio e margini

rinforzati con lunghe barre contenitive.

I reperti lignei riconducibili a imbarcazioni monossili (frr di

prua/poppa e di carena), un tronco scavato internamente

in modo parziale, elementi lignei con tracce di lavorazione

e legatura, inducono a formulare l’ipotesi della presenza

in sito di un piccolo cantiere per la costruzione di piroghe e

zattere attivo presso la banchina fluviale. Il confronto con

imbarcazioni simili scoperte nel ferrarese, la compresenza

di ceramica tardoantica – medievale portano, anche grazie

al confronto bibliografico, a collocare le scoperte più

recenti al V-VI sec. d.C.; grandi alluvioni con esondazioni

fluviali hanno successivamente distrutto il quartiere

abitato.

PERIODIZZAZIONE E IPOTESI DI RICOSTRUZIONE STORICA

La tecnica data fusion proveniente dalla sinergia tra le

differenti discipline (in particolare archeologia, geologia,

idrologia, archeometria) ha permesso di individuare

una periodizzazione suddivisa in sei momenti principali:

Periodo I I-II sec. d.C. (romano imperiale), documentato

principalmente dalla necropoli dei Fadieni, forse con una

prima fase di regimazione fluviale; Periodo II, III-IV sec.

d.C., alluvione; Periodo III, IV-V sec. d.C. Tarda Antichità,

torretta e cantiere delle piroghe; Periodo IV, VI-XV sec. d.C.,

alluvione medievale, impaludamento del fiume; Periodo V,

XVI-XVIII, Rinascimento e fase post rinascimentale: riduzione

del fiume a Canale del Verginese, costruzione della Delizia;

Periodo VI, XIX-XXI, dall’Età Moderna alla contemporaneità:

Fase1, sec. aziende agricole, Fase 2, cave, Fase 3 oasi

naturalistica.

Fig. 8 – Lago Tramonto, Gambulaga (FE), zona Nord: tronco gigante

Est (foto Archivio CDCI).


Fig. 9 - Lago Tramonto, Gambulaga (FE): a sinistra due probabili frammenti di poppa

di piroghe monossili tardoantiche (foto Autore 2018), a destra i rilievi di M. Bonino

delle imbarcazioni di Valle Isola – Comacchio (FE) (da Bonino 1978).

CONCLUSIONI

Allo stato attuale degli studi, leggendo la sequenza di

contesto attraverso dati stratigrafici e lacerti di strutture,

associando la cronologia indicata dai reperti fittili, è

possibile ipotizzare la ricostruzione storica del margine

spondale settentrionale del nel periodo tardoantico.

Il dosso parafluviale era certamente abitato. Nonostante

non si sia ancora in possesso di dati specifici per strutture

abitative, la frequentazione del margine spondale doveva

essere legata a un insediamento locale caratterizzato

da costruzioni in materiali poveri (laterizi di reimpiego,

argilla, legno, canne e paglia), con un settore produttivo

connesso con i trasporti idroviarii. Sussistono forse i pali

della porzione inferiore di una torre di osservazione

(seguendo anche la possibile indicazione topografica

della vicinissima località La vedetta); a Est della torretta

si trova la sponda con pali infissi, affiancata da materiali

in dispersione relativi a imbarcazioni: piroghe e zattere

(Fig. 9). Il confronto nautico più diretto si riscontra negli

gli esemplari di piroga rinvenuti in Valle Isola (Comacchio

– FE), monossile A e B, e Massafiscaglia - FE) (Berti 1983,

1987; Bonino 1978), cronologicamente collocabili tra IV e

VI sec. d.C. Il prosieguo degli studi anche con l’ausilio di

indagini archeobotaniche potrà contribuire a formulare una

datazione più precisa.

Il progetto di valorizzazione integrata dell’Oasi ai Due

Laghi del Verginese appena iniziato vedrà l’allestimento

sulla sponda del lago di un percorso didattico corredato

di pannelli illustrativi, in prossimità del sito archeologico

subacqueo. Sul fondo del bacino, seguendo l’andamento

del margine antico (tra m -3 e -8,00 di profondità) verrà

tracciato un itinerario per immersioni scientifiche con

didascalie esplicative dei reperti.

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dell’Emilia Romagna”. Firenze: All’Insegna del Giglio; no. 16, 41–47.

Abstract

In the ambit of ASAI Project – Archeologia Subacquea delle Acque Interne we are

involved on reconstruction of a Late Roman Fluvial Bank, on the palaeo-watercourse

of the River Po in the Southern Delta (Ferrara District). The prototype

site investigated is the artificial basin called Lago Tramonto, Gambulaga – Portomaggiore

(FE), ex sand quarry. After historical, archaeological, ancient sources

studies, we begun direct surveys on land and underwater, detecting structures

and pieces of boat, collecting more than 200 findings; thanks to some geomatic

applications with echo side scan sonar and dedicated software, we performed 3D

plan-views and sections of the ex river; we detected important wood archaeological

evidences, related to Roman and Late Roman life. A great session of underwater

video allowed us to comprehend the ancient contest: a structured river bank

with fragments of pyrogae and pieces of rafts. Archaeological findings, presence

of structures, boats, geomorphological evidences with anthropic layers offer the

bases for a waterscape site reconstruction. The hypothesis of reconstruction will

be displayed on panels at the cultural center on the Northern Bank of the River,

in the ambit of cultural heritage integrated valorization. Here we are going to

introduce an updating synthesis of our work, with peculiar attention to methodology

of the research (geomatic sector) and hypothesis of reconstruction of the

main wood Late Roman Structures, with some notes about nautical archaeology.

Parole chiave

archeologia subacquea; geomatica; paleoalveo; Po; Ferrara; banchina

fluviale; piroga monossile; tardoantico

Autore

Giovanna Bucci

giovanna.bucci@unipd.it

Responsabile del LAS - Laboratorio di Archeologia Subacquea

Dipartimento dei Beni Culturali, Università di PadovaFederazione ITA F07 A.CDCI.

CMAS Diving Center Italia

Confédération Mondiale des Activités Subaquatiques

14 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


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DOCUMENTAZIONE

ROV e Strumentazione a basso costo per

rilievi fotogrammetrici di siti archeologici sommersi

di Elisa Costa, Francesco Guerra,

Paolo Vernier

I ROV svolgono un

ruolo importante per la

documentazione di siti sommersi,

supportando una richiesta di

metodi più sicuri ed efficienti per

la ricerca archeologica.

Il rilievo fotogrammetrico

realizzato con una camera GoPro

viene confrontato con quello

realizzato con una camera reflex

professionale per valutare la

precisione di tecniche low cost.

Fig. 1 - Una delle fasi di assemblaggio del ROV.

I

ROV, chiamati anche UROV, Underwater Remote Operated Vehicle, sono stati ampiamente utilizzati

negli ultimi tempi dai ricercatori per esplorare ambienti sottomarini, sia in acque basse che in acque

profonde, per diversi tipi di studi come la biologia marina e l’archeologia subacquea, svolgendo

un ruolo importante per la documentazione e le indagini scientifiche (Bruno et al., 2015; Nornes at al.,

2015; Ødegård et al., 2016). Le tecnologie più innovative degli ultimi anni hanno portato a migliorare

la qualità delle indagini subacquee e a supportare il lavoro degli archeologi attraverso l’utilizzo dei

ROV, specialmente in contesti di difficile accessibilità come i relitti a profondità maggiori (Scaradozzi

et al., 2013). Anche a profondità in cui i subacquei possono lavorare facilmente ma con tempi di immersione

ridotti, questi, se assemblati con fotocamere, potrebbero realizzare un rilievo fotogrammetrico

in una singola immersione grazie all’autonomia della batteria di circa 3 ore.

Solitamente, le operazioni di documentazione e rappresentazione di un sito archeologico richiedono

un considerevole sforzo e una grande risorsa economica. La possibilità di ampliare la strumentazione

per la documentazione subacquea potrebbe risultare molto vantaggiosa sia in aggiunta agli operatori

subacquei su fondali a profondità inferiori o in loro sostituzione in acque profonde, senza la necessità

di richiedere la presenza di professionisti altofondalisti.

Il nostro studio mira a fornire alcune indicazioni ai ricercatori, archeologi o biologi, che lavorano

nell’ambiente sottomarino e le cui analisi necessitano di informazioni provenienti dalla documentazione

e dal rilievo. Gli obiettivi della nostra ricerca partono dalla necessità di comprendere i vantaggi

e le limitazioni dell’uso di un ROV piccolo ed a basso costo, confrontandolo con le esperienze e le

conoscenze acquisite dagli autori nel rilevamento subacqueo negli ultimi 10 anni. Quali sono i vantaggi

e gli svantaggi di un piccolo ROV? Cosa potrebbe aggiungere alla qualità di un sondaggio realizzato da

un operatore subacqueo?

16 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 17

Il ROV

“Un interesse primario dell’indagine archeologica è quello

di estrarre, in modo non invasivo, quante più informazioni

possibili con il minimo dispendio di tempo e di costose risorse”

(Scaradozzi et al., 2013). Tradizionalmente, i ROV

sono dispositivi di alto valore e quindi ad accesso limitato

per piccoli gruppi di ricercatori, ma recentemente molte

industrie stanno producendo ROV a basso costo che potrebbero

essere presentati ad un pubblico più vasto (Teague et

al., 2017). Tra differenti possibilità esistenti sul mercato,

il Laboratorio di Fotogrammetria dell’Università Iuav di

Venezia ha deciso di acquistare un’OpenRov, un economico

ROV open source che può essere assemblato in maniera indipendente

e modificabile liberamente per usi personalizzati

(Heisinger et al., 2017).

È piccolo e leggero, ma allo stesso tempo può raggiungere i

100 m di profondità. La struttura esterna è tagliata a laser

da pannelli acrilici e contiene un cilindro trasparente per

la webcam HD interna, le luci a LED e le parti elettroniche

(Figura 1). Queste sono collegate ad una serie di batterie

al litio, sigillate all’interno di due tubi laterali trasparenti

che conferiscono potenza e stabilità al veicolo. Tre motori

compongono le parti elettroniche relative alla propulsione:

due orizzontali per i movimenti laterali e uno verticale per

l’assetto e la profondità. Il ROV è controllato tramite un

cavo Ethernet collegato ad un computer portatile per dare

la possibilità di guidare facilmente il veicolo direttamente

dalla barca o dalla riva attraverso un gamepad. Una piattaforma

IMU (Inertial Measurement Unit) è stata applicata

per controllare precisamente la profondità, l’orientamento,

l’inclinazione (rollio e beccheggio), aiutando l’operatore

negli spostamenti, ma non può calcolare la posizione nello

spazio; questo sensore è ampiamente utilizzato nei veicoli

subacquei a causa del suo basso costo, nonostante sia

meno preciso di quelli costosi e soggetto a possibili errori

(Martínez Carvajal, Sierra Bueno & Villamizar Mejía, 2013).

Il conducente non ha in questo caso la possibilità di impostare

una rotta di navigazione, ma deve guidare manualmente

il veicolo; di conseguenza, le strisciate del ROV risultano

meno regolari e parallele rispetto a quelle effettuate

dal subacqueo, a causa della difficoltà di mantenere le linee

corrette per la corrente presente in acqua. In questo primo

Fig. 2 - L’OpenRov con le due camere GoPro montate sui lati.

test sul campo si è notato come il cavo della cima di collegamento

del ROV avesse una spinta negativa e rimanesse

incastrato sulle colonne, fermandone il movimento. Nei test

successivi, è stato modificato l’assetto del cavo attraverso

l’inserimento di alcuni piccoli galleggianti da pesca ogni 5

m, che lo hanno portato in posizione neutra.

Gli OpenRov hanno una fotocamera interna frontale che viene

impiegata per guidare e controllare il veicolo, quindi si

è deciso di alloggiare sui lati esterni della struttura due fotocamere

scafandrate per la documentazione archeologica

(Figura 2). L’utilizzo della GoPro Hero4 Session, una fotocamera

ricreativa, è principalmente dovuto al basso costo e

alle dimensioni ridotte, ma anche al peso neutro sott’acqua

della macchina. L’assetto del ROV viene solo leggermente

compromesso con una inclinazione verso il basso, ma questo

problema è stato ovviato grazie alla possibilità di modificare

alcuni componenti data dall’assemblaggio manuale dei

materiali che compongono la struttura: due piccoli pesi posizionati

sulla prua sono stati arretrati al fine di consentire

il movimento corretto in avanti. Con queste telecamere, gli

autori hanno avuto la possibilità di registrare sia immagini

che video ad alta risoluzione per eseguire rilievi fotogrammetrici

e per costruire un modello virtuale texturizzato.

Fig. 3 - Il ROV mentre effettua la strisciata fotogrammetrica sulle colonne del relitto.


Fig. 4 - Confronto tra le nuvole di punti del rilievo fotogrammetrico ottenute dalle immagini realizzate dalla camera GoPro Hero4 Session e dalla

Nikon D610.

IL RILIEVO

Queste tecnologie vengono utilizzate per la mappatura e

il monitoraggio del patrimonio culturale e naturale o per

documentare le fasi del lavoro dell’archeologo durante lo

scavo, ma l’applicazione principale dei ROV è legata al rilievo

fotogrammetrico per la documentazione di ambienti subacquei

(Drap et al., 2015; Sedlazeck, Köser & Koch, 2009,

Teague et al., 2017).

Per testare il ROV e applicare il rilievo fotogrammetrico si

è deciso di indagare un relitto facile e accessibile vicino a

Torre Chianca, in Puglia, a circa cento metri dalla costa,

dove sono affondate cinque colonne allineate su un fondale

sabbioso a 5 metri di profondità.

Innanzitutto, 6 target a scacchiera sono stati posizionati

alle estremità degli elementi e sono stati misurati con un rilievo

per trilaterazione, attraverso il quale sono state ottenute

delle coordinate 3D per georeferenziare gli elementi in

un sistema di riferimento locale e controllare l’accuratezza

metrica dei modelli fotogrammetrici.

I rilievi sono stati realizzati attraverso strisciate nadirali effettuate

sia dal ROV (Figura 3) che dal subacqueo, mentre

esclusivamente quest’ultimo può scattare delle immagini

radiali attorno alle colonne al fine di documentare precisamente

anche la parete verticale a ridosso del fondale.

Il blocco fotogrammetrico con la camera reflex è stato realizzato

manualmente dal subacqueo, ottenendo circa 400

immagini da 6016 x 4016 pixel e una risoluzione di 300 dpi,

suddivise in strisce parallele e regolari con una sovrapposizione

del 60% circa tra le immagini e del 20% circa tra le

strisce.

La camera GoPro ha acquisito immagini di dimensioni inferiori,

2720 x 2040 pixel, e con una risoluzione di 72 dpi ed è

stata impostata automaticamente per registrare un’immagine

ogni 0,5 secondi e garantire la massima sovrapposizione,

ottenendo circa 550 immagini.

Terminate le operazioni di rilievo sono stati ottenuti tre diversi

modelli virtuali:

Fig. 5 - Confronto tra le nuvole di punti del rilievo fotogrammetrico ottenuto dalle immagini e dai frame del video della camera GoPro Hero4

Session.

18 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 19

4allineando le immagini della fotocamera Nikon D610

4allineando le immagini della camera GoPro Hero4 Session

4allineando i frame del video della camera GoPro Hero4

Session.

L’uso della camera stereo, con una distanza nota del punto

centrale sulle lenti degli obiettivi, (Negahdaripour &

Firoozfam, 2005, Schmidt & Rzhanov, 2012) consente di ottenere

un modello fotogrammetrico in scala. Questa tecnica

risulta utile durante campagne di monitoraggio e sondaggio

e soprattutto nel casi di lavori a profondità elevate dove

non è possibile posizionare target sul soggetto e realizzare

un rilievo topografico manuale.

IL CONFRONTO TRA LE NUVOLE DI PUNTI

Il confronto tra le nuvole di punti prodotte dall’indagine

fotogrammetrica è stato realizzato dal software

CloudCompare; queste sono state orientate nello stesso sistema

di riferimento attraverso i 6 target posizionati sulle

colonne (Ground Control Point) al fine di effettuare l’analisi

della distanza e mostrare la differenza metrica tra le

nuvole. Il software fotogrammetrico e quindi l’algoritmo

impiegato per l’allineamento delle immagini è lo stesso per

ogni progetto, al fine di ottenere lo stesso tracciamento dei

raggi, le stesse impostazioni nell’allineamento e nella creazione

delle nuvole dense. Il confronto ha dato buoni risultati

con un’elevata conformità tra i punti, con un errore medio

e una deviazione standard inferiore a 1 cm, al di sotto delle

nostre aspettative se si considera la mancanza di un processo

di calibrazione conosciuto delle camere in ambiente

sottomarino, soprattutto nel caso della GoPro. Tre diversi

confronti sono stati realizzati sulla base delle immagini realizzate

e dei modelli ottenuti, con un intervallo di scala

impostato da 0 a 3 cm con una colorazione variabile da blu

a rosso:

4confronto tra il modelli ottenuti dalle strisciate nadirali

della camera reflex Nikon D610 e dalla camera GoPro

Hero4 Session

4confronto tra i modelli ottenuti dalle strisciate nadirali

e dalle immagini radiali della camera reflex Nikon D610

4confronto tra i modelli ottenuti dalle immagini e dal video

della camera GoPro Hero4 Session.

Il primo confronto ha rilevato un errore massimo di 0,011 m

mostrato in verde nel modello di Figura 4 e un errore medio

di 0,0015 m osservando la curva di Gauss delle deviazioni

standard e l’istogramma delle distanze assolute tra i punti,

comportando una maggioranza di punti di colore blu. È

evidente la corrispondenza metrica tra i due modelli e le

piccole differenze sono dovute al blocco fotogrammetrico

e alle diverse distorsioni degli obiettivi della fotocamera a

causa dell’assenza di un calibrazione diretta in situ.

Le parti rosse esterne non rappresentano un errore, ma

un’assenza di dati attorno alle colonne poiché l’area documentata

con le due fotocamere è diversa; le parti rosse

interne alle colonne, invece, sono relative all’assenza delle

immagini fotogrammetriche radiali sul rilievo realizzato attraverso

il ROV.

Il secondo confronto tra il modello realizzato con le immagini

fotogrammetriche complete (strisciate nadirali e radiali)

della Nikon D610 e il modello realizzato solo con le immagini

nadirali ha evidenziato la necessità di una copertura

totale delle immagini per ottenere un modello ben definito.

Per riuscire ad effettuare un’indagine accurata attraverso

il ROV, i ricercatori devono organizzare due diverse sessioni

di rilievo:

4un primo rilievo fotogrammetrico con la camera impostata

nadiralmente al sito

4un secondo con la camera ruotata e posizionata a 45°

rispetto alle colonne per meglio rappresentarne la porzione

laterale.

Il terzo confronto è stato realizzato tra i due modelli fotogrammetrici

ottenuti con le immagini e con il video realizzato

dalla GoPro Hero4 Session. Una prima differenza

è stata osservata nelle immagini, in cui il valore RGB e la

dimensione delle immagini sono differenti; la regolazione

automatica del tono del colore in base alle condizioni ambientali

lavora su diversi valori di bilanciamento del bianco.

Le immagini originali della GoPro hanno una dimensione di

2720 x 2040 pixel e sono caratterizzate da una dominante

di colore verde, mentre i fotogrammi estrapolati dal video

hanno invece una dimensione di 1920 x 1080 pixel e sono

caratterizzati da un dominante di colore blu.

Il processo fotogrammetrico del video è stato elaborato

dal software Photoscan nell’ultima versione 1.4.0 che è

in grado di estrarre automaticamente i fotogrammi dal video

secondo diverse impostazioni; estrapolando un frame

ogni 0,6 secondi si raggiunge un totale di 2160 immagini

che viene ridotto a 1390 dopo un’accurata pulizia. Le immagini

ottenute con la GoPro erano circa lo stesso numero

con un tempo di scatto ogni 0,5 secondi. L’ottenimento

di un modello fotogrammetrico completo dai fotogrammi

estrapolati dal video è risultato più complesso: è stato necessario

suddividere l’allineamento dei frame in due fasi

distinte che sono stata unite in un secondo procedimento

attraverso l’inserimento di punti di controllo direttamente

sulle colonne. Inoltre, il confronto tra le nuvole di punti

non è risultato preciso come i precedenti; al centro del modello

il software CloudCompare ha calcolato un errore di

0,03 m. Posizionando un Ground Control Point al centro del

modello e confrontando gli errori ottenuti sulle coordinate

x y z, l’errore risulta esclusivamente lungo l’asse verticale

confermando una differenza sulla distanza tra le nuvole di

punti solo nella profondità. Il modello ottenuto dal video

sembra avere una distorsione centrale che è assente sugli

altri modelli, a causa probabilmente della difficoltà del software

Photoscan di calcolare in maniera precisa l’orientamento

interno dei frame (Figura 5).

CONCLUSIONI

Le attività umane nell’ambiente subacqueo sono state supportate

e sostituite ove possibile da strumenti a controllo

remoto che consentono di ottenere risultati scientifici con

meno rischi per la salute umana. Tra le varie possibilità attualmente

disponibili, i ROV offrono non solo sicurezza per i

loro operatori, ma sono anche un’alternativa relativamente

a basso costo. L’impiego di un veicolo a basso costo adattato

alle necessità del rilievo supporta una richiesta di metodi

più sicuri, più economici e più efficienti per esplorare

ambienti subacquei senza l’alto costo dei ROV professionali

riducendo significativamente il costo delle operazioni archeologiche.

Sulla base della nostra esperienza e di alcuni

test ancora in corso possiamo osservare che il ROV ha alcuni

vantaggi come strumento per il rilievo e la documentazione.

Contrariamente a un subacqueo però può supportare

solo fotocamere non professionali con limiti metrici che

possono essere ridotti attraverso l’uso di calibrazioni che

vengono studiate dal team di ricerca del Laboratorio di

Fotogrammetria dello Iuav.

Un secondo vantaggio è relativo all’utilizzo del ROV in profondità,

consentendo un primo monitoraggio e un primo rilievo

del sito archeologico, permettendo di ridurre il tempo


TELERILEVAMENTO

di immersione sott’acqua e limitando i rischi fisici dei subacquei.

Uno degli svantaggi è, invece, relativo alle piccole dimensioni

in caso di condizioni meteorologiche avverse; in una

situazione di forte corrente, l’OpenROV difficilmente riesce

a mantenere un perfetto assetto e un movimento regolare

per la realizzazione di corrette strisciate fotogrammetriche.

Inoltre, come riscontrato in un sito archeologico a più

alte profondità e in mare aperto, l’assenza di un sistema

di posizionamento o un punto di riferimento in acqua non

permettono di raggiungere facilmente il sito archeologico.

Nel complesso, l’impiego di questo tipo di strumentazione

low cost è sicuramente di grande supporto al lavoro degli

archeologi, nonostante non sia ancora professionalizzante

in maniera tale da sostituirli.

Bibliografia

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Nomikou, P. (2017). Exploring offshore hydrothermal venting using lowcost

ROV and photogrammetric techniques: a case study from Milos

Island, Greece. doi: 10.20944/preprints201710.0014.v1.

Abstract

ROVs have been employed to explore underwater environments and have

played an important role for documentation and surveys in different fields

of scientific application. The employment of a low-cost vehicle support a

request for safer, cheaper and efficient methods for exploring underwater

environments.

The paper is related to photogrammetric surveys for the documentation of

underwater environments and to comparison between different solutions:

two GoPro Hero4 Session -images and videos- and a Nikon D610. Some targets

have been used to connect in the same reference system the different

models, allowing the comparisons of the point clouds.

Parole chiave

Archeologia subacquea; fotogrammetria; nuvole di punti; Remote Operated

Vehicle

Autore

Elisa Costa

ecosta@iuav.it

Francesco Guerra

guerra2@iuav.it

Paolo Vernier

vernier@iuav.it

Laboratorio di Fotogrammetria,

Università Iuav di Venezia,

S. Croce 191, 30135 Venezia

MONITORAGGIO 3D

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GNSS

FORMAZIONE

20 ArcheomaticA N°3 settembre 2018

RICERCA E INNOVAZIONE


Tecnologie per i Beni Culturali 21

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DOCUMENTAZIONE

La tecnologia robotica può salvare

I beni culturali sommersi?

Di Ramiro Dell’Erba, Claudio Moriconi, Alfredo Trocciola

Fig. 1 – Prototipo in sperimentazione nel lago di Bracciano.

I beni culturali possono trarre un grande beneficio dalle

tecnologie recentemente sviluppate nell'ambito della

robotica sottomarina. In quest’articolo focalizzeremo su

come la robotica, e le relative tecnologie, possono essere

usate per migliorare l'economia, l’esperienza, il controllo,

la protezione e l’impatto sociale dei beni culturali. I

robot permettono la fruizione online, da località remote,

realizzando il concetto di museo remoto, estensione del

concetto di museo virtuale. Queste soluzioni, eliminando

i costi di viaggio, migliorano e superano gli attuali limiti

dei siti, quali il numero di simultaneo di visitatori o la

loro posizione in luoghi pericolosi permettendo un salto di

qualità nel godimento del bene culturale.

La Robotica, con le tecnologie ad essa legate, è stata

applicata con successo per diagnosi, ricerca, manutenzione,

sorveglianza e fruizione del patrimonio culturale

(Fantoni et al., 2013a). Uno dei principali vantaggi offerti è

legato alla capacità dei robot di lavorare in ambienti ostili

all’uomo, quali i fondali marini, o là dove la presenza umana

potrebbe pregiudicare il Bene Culturale. Le stesse tecnologie

sono utili strumenti per aumentare la fruizione del

bene sia quantitativamente, come aumento della platea,

sia qualitativamente per il flusso informativo multimediale

e multilivello fornito all’utente, sia esso un esperto o meno.

Il concetto di Museo Remoto (European Conference on Research

for Protection, Kolar and Strlič, 2010), estensione

del concetto di Museo Virtuale, consente una reale presenza

dell’osservatore, tramite robot, sul luogo ove si trovi il manufatto;

tale concetto di telepresenza deriva direttamente

dall’ esperienza ENEA sui telemanipolatori per impianti nucleari

ove l’operatore, che lavora sugli oggetti del reattore,

si trova a distanza di sicurezza ma come se fosse realmente

sul posto. A seconda che si operi in ambiente strutturato o

meno e in presenza di altre macchine e/o uomini, i robot al

lavoro presso il bene culturale devono avere adeguati livelli

di autonomia e intelligenza per condividere o meno uno

spazio comune, svolgendo compiti cooperando o in antitesi

tra i vari attori della scena. In quest’articolo descriveremo

l’idea di robotica di sciame sottomarina, una tecnologia che

stiamo sviluppando presso il laboratorio di Robotica dell’Enea

in collaborazione con team internazionali, ed i vantaggi

che può offrire .

LA ROBOTICA NEI BENI CULTURALI

In sintesi la robotica può essere utile nelle seguenti tre tematiche:

4Il concetto di Museo remoto, estensione del museo virtuale.

4Supporto alla restaurazione del bene (Diagnostica e immagini

iper realistiche).

4Scoperta di nuovi manufatti.

Molti siti archeologici sono inaccessibili all’uomo o poiché

ambienti lontani e/o ostili o per proteggere il bene dalla

contaminazione ambientale. Uno o più robot sul posto permettono

una visita remota personalizzata, diversa dalla visita

virtuale in cui vengono forniti contenuti preformati. Il

concetto va oltre la guida turistica del museo sulla quale ci

sono state diverse proposte (Burgard et al., 1999) ,(Germak

et al., 2015), (Trahanias et al., 2000)

Già alcuni anni fa il concetto è stato introdotto, (European

Conference on Research for Protection, Kolar and Strlič,

2010); le tecnologie attuali possono condurre a una visita

remota il cui feeling può essere reso imersivo e quindi

molto simile a quello di una visita reale anche con costi

relativamente limitati e comunque facilmente sostenibili

da una struttura museale. Il visitatore del museo remoto,

a differenza di quello virtuale, è parte attiva della scena e

può interagire per una maggiore fruizione cognitiva e interattiva

del bene. Ancora prima della Conferenza del 2010 il

concetto è stato sviluppato nel progetto TECSIS (Diagnostic

technologies and intelligent systems for the south Italy ar-

22 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 23

chaeological sites) (dell’Erba & al., 2006) usando strumentazioni

ottiche, analisi ai raggi X, Remote Operated Vehicles

(ROV), Underwater Autonomous Vehicles (AUV) e tecniche

di realtà aumentata, il progetto comprendeva anche campagne

marine effettuate nel Mediterraneo presso siti archeologici

sommersi. In particolare si è lavorato presso la

città sommersa di Baia (Napoli), la villa di Agrippa Postumo

(Sorrento) e un relitto al largo di Punta Imperatore (Ischia).

Punti di forza del progetto sono stati l’integrazione di tecnologie

provenienti da diversi campi in un corpo omogeneo

unitamente allo sviluppo di tecniche, allora totalmente

nuove, quali LIBS (Laser induced breakdown spectroscopy)

in ambiente sottomarino, l’ablazione laser sottomarina

e lo sviluppo di alcune tecniche di controllo dei robot. Il

progetto ha prodotto 4 brevetti, 6 campagne di misura, 3

Copyrights di software e più di 100 pubblicazioni. I robot

sono in grado di costruire mappe digitali dei siti archeologici

e dargli una struttura utilizzando non solo immagini visive

ma combinandole con dati di altri strumenti, quali LIF ((laser

induced fluorescence), ultraacoustical devices etc. per

generare immagini iper realistiche di realtà aumentata che

forniscono all’osservatore diversi livelli di lettura contemporaneamente.

In particolare, fu eseguita una integrazione

di immagini visive con immagini acustiche, prese in contemporanea

da strumenti acustici quali Side Scan Sonar (SSS).

Inoltre, considerando l’interazione del sistema complessivorobot

e pubblico, come nel caso di robot guide, abbiamo

anche studiato le abilità sociali dei robot agenti nella vita

giornaliera (dell’Erba et al. 2008).

Tecniche di realtà aumentata possono essere di supporto

per fornire al restauratore più livelli di visione con analisi

(Fantoni et al., 2013b). Unitamente a tecnologie di diagnostica

automatica, per il riconoscimento di danni o attacchi

ambientali al manufatto, tecniche di identificazione e classificazione

intelligente del danno su affreschi, a distanza

di 30 metri dal dipinto, sono state utilizzate con successo

(Fantoni et al., 2013). Lo scopo era di aiutare il restauratore

in un primo riconoscimento dell’esistenza e classificazione

del danno, quali ritocchi, restauri precedenti ignoti, e identificazione

di componenti chimici (cere, consolidanti, etc..)

non precedentemente documentati. Questo è stato effettuato

mediante un nuovo tipo di LIF (Laser Induced Fluorescence),

tecnica non invasiva capace di distinguere (e poi

classificare) la firma spettrale delle sostanze chimiche; un

ulteriore vantaggio sta nel fatto di poter operare anche a

distanze di 30 metri, evitando di dover essere vicini all’affresco,

spesso posto molto in alto.

Il riconoscimento di nuovi manufatti passa attraverso le

tecniche di big data processing. L’utilizzo, contemporaneo,

di più sensori in uno stesso volume e la loro correlazione

richiede calcoli intensi unitamente all’utilizzo di tecniche

di Deep Learning e comprensione del contesto (Conte et

al., 2009), (Conte et al., 2010). Questo permette la realizzazione

di mappe dinamiche multilivello sulle quali si può

inserire un lavoro di contestualizzazione semantica per la

classificazione intelligente. Il riconoscimento degli oggetti è

quindi facilitato utilizzando isomorfismi tra sub mappe di diverso

livello gerarchico. Un’altra applicazione di tecnologia

robotica utile è il “ritorno di forza sulla mano” della persona

che controlla il robot, tecnica indispensabile per i robot che

operano, sotto il diretto controllo dell’uomo, negli impianti

nucleari e che nel caso della fruizione delle opere d’arte,

unitamente a telecamere tridimensionali, permette all’uomo

una migliore percezione, anche tattile del manufatto,

(Scaradozzi et al., 2014).

I robot impiegabili in ambiente subacqueo sono di diverso

tipo dai ROV, AUV, Glider etc…ognuno di essi presenta dei

Fig. 2 - Prototipi di MAUV.

vantaggi e degli svantaggi. Ad esempio, un ROV presenta

il vantaggio di poter trasmettere una grande quantità di

dati, attraverso il cavo di collegamento, e un’interazione in

tempo reale con l’operatore. D’altra parte, lo stesso cavo

richiede una nave appoggio con costi e logistiche superiori a

quelle di un AUV, che ha nelle comunicazioni il suo principale

punto debole. Interessanti sono gli ibridi, che mediante

l’uso di uno scafo robotizzato che si muove sulla superficie

marina, mantengono il contatto (tipicamente mediante modem

acustico) con un AUV in immersione e via radio con

l’operatore umano a terra.

Tra le diverse opzioni possibili il nostro laboratorio ha scelto

di considerare strategica la robotica di sciame

LA ROBOTICA DI SCIAME E LE SUE MOTIVAZIONI

Un nuovo modo di proteggere e fruire dei Beni Culturali siti

in ambienti sottomarini, di cui il nostro Paese è ricchissimo,

riguarda la Robotica di Sciame. In essa un gruppo organizzato

(dell’Erba et al. 2008) di AUV economici, di piccole

dimensioni (MAUV) ed equipaggiati con una sensoristica minima

e videocamere sono in grado di esplorare grandi aree

marine simultaneamente, aumentando la probabilità di scoperta.

Gli sciami però intervengono anche nel monitoraggio

Fig. 3 - Prototipo di modem ottico realizzato dal Laboratorio di

Robotica dell’ ENEA.


Fig. 4 – Mosaicatura dei sonogrammi con il Side Scan Sonar (immagine

ripresa dalla copertina del IVnumero) del 2013 di Archeomatica.

continuo del Bene, nella sua protezione contro le modifiche

ambientali, nella sua difesa contro il saccheggio operato da

organizzazioni criminali e, come detto, nella sua fruizione.

I vantaggi di lavorare con uno sciame, rispetto al singolo

robot sono i seguenti [5]:

1) Parallelismo delle operazioni, quindi maggiore velocità;

2) Robustezza del sistema e salvaguardia della missione

in caso di perdita di uno o più elementi;

3) Possibilità di avere più “punti di vista” (nella sua

più larga accezione, non solo visiva) contemporaneamente;

4) Possibilità di concentrare l’esplorazione dove serve

(Ad esempio in caso di scoperta di un manufatto);

5) Possibilità di realizzare un network sottomarino di

comunicazione.

6) possibilità per l’uomo di controllare un sistema

complesso interfacciandosi con un’unica creatura:

L’operatore assegna il compito ed poi è lo sciame

a effettuare il “job sharing” tra i vari elementi;

Gli svantaggi invece sono:

7) Una relativa maggiore sofisticazione del sistema

di controllo che impone ancora un certo livello di

ricerca e sviluppo

8) Necessità di realizzare protocolli di comunicazione

avanzati affinché sia garantita una comunicazione

in grado di assicurare l’integrità dello sciame

Fig. 5 – Mosaicatura dei sonogrammi con indicazione dei

target ispezionati con immersioni dirette

La semplicità del singolo veicolo, indispensabile per contenere

i costi, è largamente recuperata grazie alla molteplicità

dei sistemi sensoriali che possono integrarsi tra loro

per fornire misure ambientali più precise e dettagliate. L’operatore

umano comunica con lo sciame come se fosse una

creatura unica e poi sarà il sistema di controllo distribuito

che controlla la configurazione e la navigazione a regolare il

comportamento dei singoli elementi dello sciame. Non esistono,

al momento in cui si scrive, soluzioni commerciali di

questo tipo. L’impiego di sciami di robot è la frontiera verso

la quale si stanno indirizzando alcuni dei principali laboratori

che lavorano nella robotica sottomarina.

Già nel 2008, il Laboratorio di Robotica dell’Enea (IDRA) ha

lanciato l’innovativo concetto delle “self-organising complex

creatures” nell’ambito del progetto Harness, finanziato

dall’IIT. Harness si basava sul paradigma di sciame e ha

provato a superare uno dei problemi più gravi di un AUV che

lavori da solo: la limitata capacità di comunicazione con un

supervisore umano, in ambito sottomarino. IDRA ha sviluppato

un modello di AUV molto economico (15 Keuro come

prezzo base per il prototipo), ottimizzando ogni dettaglio,

la cui caratteristica principale è di poter lavorare in sciame;

lo sciame ha un innovativo sistema di controllo per gestire

sia la sua configurazione geometrica che il flusso dati del

canale di comunicazione opto acustico. Tale lavoro ha prodotto

anche un brevetto legato alla capacità del sistema di

robot di avere una costante consapevolezza della sua dislocazione

rispetto all’ambiente.Si realizza in pratica una vera

e propria internet sottomarina. Un’altra caratteristica del

mezzo è di avere un solo motore e diverse coppie di pinne,

un’anteriore e due posteriori, per attuare i cambiamenti di

quota e direzione. La presenza di due coppie permette al

robot manovre particolarmente agili e perfino qualcosa di

molto simile all’hovering, ovvero di rimanere stazionario su

una zona. Questo avviene mettendo in contrasto la spinta

delle pinne e provocando uno stallo del veicolo, con il vantaggio

di averlo anche inclinato rispetto al fondo per una

migliore visuale. Questa manovra di volo in altri robot è realizzata,

tipicamente, mediante l’uso di almeno altri quattro

motori ausiliari con un consistente incremento dei costi.

L’operatore può essere a terra se uno degli AUV sta in superficie

e funge da anello di collegamento tra il network

sottomarino e la base. Questo riduce drasticamente i costi

logistici, facendo a meno della nave appoggio.

Il punto più forte a favore dello sciame è di certo la creazione

di un network sottomarino che superi i problemi di

comunicazione. Si tratta essenzialmente di una rete multihop

a geometria variabile. L’operatore “visualizza” (le virgolette

stanno poiché il dato non è necessariamente visivo,

ma dipende dal sensore) le scene provenienti da differenti

MAUV. La configurazione dello sciame si adatta a seconda

delle esigenze per cui se è necessario esplorare un grande

volume di mare acquisirà una configurazione ellissoidale,

se una superficie gli elementi si spanderanno su un quadrato

mentre se è necessario comunicare con una banda

larga assumeranno una configurazione a tubo. In caso di

area sospetta la concentrazione degli elementi aumenterà.

E’ molto importante porre l’accento su come la filosofia

dello sciame sia molto diversa da quella del singolo AUV; è

la cooperazione che permette una raccolta dati qualitativamente

e quantitativamente superiore a quella del singolo

AUV pur usando una sensoristica meno sofisticata sul singolo

elemento, rispetto ai singoli AUV di più grande complessità

e sofisticazione, in grado di operare da soli.

Il laboratorio IDRA sta lavorando da diversi anni su questo.

L’operatore umano vede lo sciame come se fosse un unico

oggetto e come tale si interfaccia con esso superando la

24 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 25

difficoltà di comunicare ordini a diversi elementi. La percezione

distribuita dello sciame, unitamente a tecniche di

comunicazione e calcolo dedicate, permette una maggiore

comprensione del contesto ambientale. Va sottolineato che

anche gli operatori subacquei professionali hanno difficoltà

a comprendere la natura di certi oggetti se prima non li vedono

da diversi punti di vista. In Figura 2 e Figura 1 sono mostrati

alcuni prototipi, realizzati dal laboratorio ed in via di

sperimentazione presso il lago di Bracciano. Le loro caratteristiche

sono le seguenti: profondità massima 100 m, velocità

massima 2 nodi, peso circa 20Kg, dimensioni 1,30x0,25

m. L’Equipaggiamento standard prevede una camera stereoscopica,

sonar, accelerometri, bussola e profondimetro.

Lo sciame si avvale, per le comunicazioni subacquee, di un

sistema ibrido ottico-acustico (Figura 3) realizzato e brevettato

in ENEA presso il Laboratorio IDRA. La comunicazione

sottomarina è oggi largamente affidata a sistemi modem di

tipo acustico, che usano boe o navi appoggio di notevoli

dimensioni, e basse velocità di comunicazione ed è molto

influenzata dalle caratteristiche dell’area di operazione. La

trasmissione di foto e l’interazione con l’operatore umano

sono spesso impossibili; l’impiego di sciami di robot dotati

di sistemi di trasmissione ottica rende queste applicazioni

fattibili, se le condizioni ambientali lo permettono. Il Laboratorio

ENEA lavora in collaborazione con il Dipartimento di

Ingegneria Elettronica dell’Università di Tor Vergata per la

parte specificamente legata ai protocolli di comunicazione;

occorre infatti un protocollo dedicato che utilizzi i due canali,

ottico e acustico, alternativamente o in cooperazione

e che determini la configurazione geometrica dello sciame

ottimizzando la trasmissione compatibilmente con le richieste

di esplorazione. Lo scambio dati tra gli elementi dello

sciame, e la successiva elaborazione a bordo, è indispensabile

affinché si possa considerarlo un unico oggetto.

L’ESPERIENZA DI SINUESSA E SUA

POSSIBILE ROBOTIZZAZIONE

Un esempio concreto di come la tecnologia robotica può

contribuire a salvare i beni culturali sommersi è fornita

dall’esperienza ENEA acquisita in Campania sul sito archeologico

di Sinuessa. L’Enea a partire dal 2012 è stata coinvolta

dai comuni di Sessa Aurunca e, in seguito, di Mondragone

per una valorizzazione dell’area costiera mediante il turismo

sostenibile. Per tale motivo sono state effettuate delle

ricerche marine nel golfo di Gaeta dove era probabile l’esistenza

di un approdo sommerso della colonia romana di Sinuessa

risalente al III secolo a.C. (Pennetta et al., 2016,201,

Trocciola et. al., 2013) ed esattamente dove erano i resti

di strutture portuali (pilae): ad una distanza di circa 650 m

dalla costa e ad una profondità di -8 m, all’interno di una

depressione del fondale marino. Le acque marine di Sinuessa

sono molto torbide per la sospensione dei sedimenti ed il

consistente apporto dei nutrienti dai corsi d’acqua fluviali

del Garigliano e Volturno, che hanno scoraggiato l’esplorazione

subacquea, ma anche preservato il sito dalla diffusa

attività clandestina.

In considerazione di ciò, già nel 2013 l’ENEA ha effettuato in

questo sito una prima applicazione di tecnologie robotiche

con l’impiego del Side Scan Sonar. Il Sonar a scansione laterale

impiegato, mod. 3900 della L3 KLEIN Associates, con

una frequenza acustica ad alta risoluzione (450 kHz), è stato

pilotato con tecniche innovative per un rilievo subacqueo

sotto costa a basse profondità. L’indagine elettroacustica

ha consentito di acquisire la mappatura dei fondali marini

(mosaicatura dei sonogrammi, fig.4) in modo da ricostruire

un assetto geomorfologico di un tratto costiero significativo

di forma rettangolare di dimensioni pari a 1,2 x 1,5 km

del territorio comunale di Sessa Aurunca e di interpretare le

strutture geomorfologiche e geoarcheologiche evidenziate

dal Side Scan Sonar durante il rilievo geofisico con dei rilievi

di dettaglio in immersione per la verifica dei target (fig.5,

Trocciola et. al.,2017) .

Il rilievo con il Side scan Sonar è stato scelto per l’area

archeologica sommersa di Sinuessa perchè fornisce una accurata

indagine non invasiva (preserva l’integrità dei resti

archeologici), si effettua in tempi rapidi ed è relativamente

economica. Le esplorazioni geofisiche eseguite con questa

tecnologia riducono i costi di indagine soprattutto quando

si esplorano ambienti ostili e/o inaccessibili, in questo caso

vengono limitate le ulteriori perlustrazioni dirette previste

per il controllo da parte degli operatori subacquei.

La scelta di elaborare un itinerario subacqueo (Trocciola,

2017), in linea con la Convenzione UNESCO del 2001 per la

protezione del patrimonio culturale subacqueo, è stata fatta

per una maggiore fruizione dei beni culturali subacquei e

la loro preservazione in situ, evitando con l’installazione di

sistemi di controllo e di monitoraggio una migliore fruizione

e l’uso indiscriminato e distruttivo arrecato dal prelievo di

reperti dai fondali. Il braccio di mare antistante il litorale di

Sessa Aurunca e Mondragone, potrà divenire con questa soluzione

ipotizzata un grande museo diffuso sommerso, dove

le testimonianze dell’uomo del passato convivono senza alterare

il contesto originario della giacitura geologica insieme

ai reperti archeologici

I reperti ne sono la testimonianza. Inoltre, tale iniziativa incentiva

l’offerta culturale delle amministrazione locali e stimola

dei comportamenti corretti ed azioni consapevoli per

una valorizzazione partecipativa e sostenibile del turismo.

Il prossimo passo da parte dell’ENEA nell’approccio scientifico

del patrimonio culturale sommerso di Sinuessa è di applicare

la Robotica di Sciame sia nella fase di indagine sui

fondali di Sinuessa che nella fase di tutela. In particolare, la

rapida evoluzione tecnologica nelle prospezioni sottomarine

con la moltiplicazione di sonar a basso costo aumenta la probabilità

di individuare altri ritrovamenti archeologici in mare

ed in tempi estremamente ridotti

Inoltre, il patrimonio archeologico subacqueo di Sinuessa si

può tutelare nel tempo con gli stessi sciami di robot utilizzati

nei musei remoti. La musealizzazione remota, con la

visione tridimensionale della realtà virtuale impiegando dei

robot telecomandati, sul fondale marino di Sinuessa permettono

l’osservazione delle sue peculiarità archeologiche e

naturalistiche. Così adoperando gli stessi robot sarà possibile

effettuare a costi contenuti anche un efficace sistema di

monitoraggio remoto e di controllo di continuo per la salvaguardia

del patrimonio culturale subacqueo.

CONCLUSIONI E LAVORO FUTURO

Il nostro Paese dispone del più grande museo aperto nel

Mediterraneo lungo le coste italiane sui beni archeologici

sommersi e, se utilizzeremo al meglio, le ultime tecnologie

robotiche di sciame sviluppate ed in via di perfezionamento

all’ENEA per i beni culturali, potremo contribuire alla sua

valorizzazione, fruizione e tutela. La robotica di sciame, insieme

alle tecnologie ad essa correlate, può costituire un

punto di svolta per un rilancio e un nuovo tipo di fruizione

dei Beni Culturali situati sui fondali marini. Le tecnologie e

i costi ad esse relativi sono ormai maturi per applicazioni in

siti marini già documentati e possono costituire anche un

motivo di rilancio per le economie locali, che hanno già mostrato

interesse per questo tipo di attività.


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Abstract

Cultural Heritage can largely profit from the set of technologies that have

recently been developed in Submarine Robotics. In this paper we focus on how

underwater robotics and related technologies can be used to enhance economical

fruition, control, protection and social impact of the cultural heritage.

Robots allow on-line experience, in remote locations, realizing the remote

museum concept as extension and enhancement of the virtual museum. These

solutionspush the cultural tourism beyond actual limits of the sites like the

number of simultaneous visitors, the travelling costs, , the difficulties to

access dangerous locations coimng to a true, advanced fruition of the Cultural

Heritage goods.

Parole chiave

Mobile robotics; Cultural heritage; Remote museum

Autore

Ramiro dell’Erba

ramiro.dellerba@enea.it

Claudio Moriconi

Claudio.moriconi@enea.it

ENEA Technical Unit technologies for energy and industry - Robotics

Laboratory

Via Anguillarese 301, Roma 00123

Alfredo Trocciola

alfredo.trocciola@enea.it

ENEA Technical Unit Technology – Biogeochemistry Laboratory

Piazzale E. Fermi, 1, 80055 Po

26 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 27

S800A

Ricevitore GNSS con 394 canali e

alte prestazioni


RESTAURO

Il degrado dei materiali lapidei

in ambiente sommerso

di Mauro Francesco La Russa, Michela Ricca

Nelle campagne di ricerca condotte su manufatti

e resti archeologici sommersi, l’attitudine e

la propensione di dare dati scientificamente

attendibili rappresenta una fase imprescindibile

della ricerca, subordinata a metodiche, a

strumentazioni e alla pianificazione dell’attività

stessa, tenendo sempre in prima linea i limiti

fisici e spesso ambientali che un progetto espone,

soprattutto operando in un contesto ampio e

diversificato rappresentato dal mondo sottomarino

(Volpe, 1998; Davidde et al., 2002). Un’area

archeologica sommersa rappresenta un bene

Fig. 1 – Immagini su sezioni sottili e stratigrafiche mediante microscopio

ottico polarizzatore. Osservazione a polarizzatori incrociati. Forme di

alterazione/degrado su materiali lapidei artificiali (a-b) e naturali (c-d) di

rilevanza archeologica, provenienti da ambiente marino; evidenza di patine

superficiali di natura carbonatica, ad azione incrostante (a-b) e perforazioni

da attività endolitica (c-d).

che, nella definizione di un piano diagnostico e

di un futuro intervento di restauro, deve essere

indagato, conservato e valorizzato.

Da sempre la ricerca archeologica subacquea manifesta

un’evidente inclinazione allo sviluppo, dovuta

principalmente alla scoperta e alla sperimentazione

di nuove tecniche e a studi mirati, grazie ai quali è possibile

ampliare e confrontare le conoscenze negli anni

acquisite. Subentra nel tempo una maggiore cognizione,

nella comunità scientifica internazionale, dell’importanza

dell’archeologia subacquea volta ad indagare su resti e manufatti

sommersi. A fronte di tale circostanza si moltiplicano

repentinamente le attività di ricerca e le iniziative di

indagine sottomarina, potendo ormai usufruire di strumenti

di lavoro pienamente affidabili, di nuove strategie e di consolidate

esperienze nell’organizzazione tecnica, nonché di

specialisti del settore. Il dibattito sui metodi, sulle procedure

e sulle attività di ricerca subacquea arriva a coinvolgere

negli anni l’intera comunità scientifica (archeologi, geologi,

biologi, fisici, chimici, conservatori, ingegneri, ecc.)

che ha manifestato un crescente interesse per il recupero

e la valorizzazione del patrimonio storico e archeologico

ubicato in ambiente subacqueo, soprattutto in seguito all’istituzione

della Convenzione UNESCO 2001 sulla protezione

del patrimonio culturale sommerso. In questa prospettiva

assume rilevante importanza la conservazione in situ, cioè

nell’attuale collocazione del bene sul fondale, e l’indagine

diagnostica volta all’aspetto conoscitivo dei processi e delle

forme di degrado in ambiente acquatico. Si definisce negli

anni un’attenta, seppur ancor esigua, letteratura scientifica

che descrive evidenze di studio sui materiali provenienti da

ambiente subacqueo.

In questo capitolo si tratterà dell’influenza notevole dell’approccio

diagnostico applicato alle problematiche inerenti

all’alterazione e al degrado di materiali lapidei sommersi,

illustrando metodi di studio ed aspetti applicativi su beni di

provenienza marina che hanno permesso il raggiungimento

di risultati notevoli; la ricerca scientifica e le campagne diagnostiche

non possono, infatti, essere disgiunte dalla diffusione

delle metodiche consolidate nel campo.

MATERIALI LAPIDEI PROVENIENTI DA AMBIENTE

SUBACQUEO E FORME DI BIODETERIORAMENTO

Negli ultimi decenni incentrare la ricerca scientifica nello

studio di forme di alterazione e/o degrado di strutture

sommerse ha fornito basi e strumenti per la conoscenza, la

tutela e la valorizzazione di manufatti e siti archeologici individuati

nei fondali marini, che altrimenti avrebbero subito

un processo di degrado irreversibile, rischiando di andare

28 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 29

distrutti. Diversi sono i tratti costieri, lungo la nostra penisola,

in cui la concentrazione di relitti e aree archeologiche

sommerse risulta particolarmente elevata, sia per ragioni

geologiche che storico-geografiche: perché crocevia di passaggi

e rotte commerciali, perché più esposte alle intemperie,

perché densamente popolate in epoca antica o altresì

perché continui teatri di battaglie. Indipendentemente dalle

zone di rinvenimento e dalle epoche di appartenenza, i

reperti (o siti archeologici) manifestano stati conservativi

e forme di deterioramento variabili, che si diversificano in

relazione alle diverse e mutuabili condizioni di esposizione

e che sono spesso correlate alle proprietà costitutive dei

materiali. Quest’attenzione ai rapporti bene-ambiente è

suffragata dagli esperti di settore, per cui la valutazione

dell’ambiente e delle sue interazioni con le proprietà costitutive

del bene, è operazione necessaria nella pianificazione

di un progetto di diagnosi e conservazione rivolto a

manufatti di provenienza subacquea.

Nell’ambito della conservazione di beni culturali subacquei,

si possono distinguere due aspetti fondamentali: a) il primo

implica lo studio dei processi/meccanismi di degrado e dei

biodeteriogeni, valutando l’interazione tra agenti di danno

e materiali costitutivi dei beni; b) il secondo è lo studio e

la sperimentazione di metodi preventivi e di controllo del

degrado, con l’obiettivo di limitare il danno e mettere a

punto strategie conservative.

Lo studio dei processi e meccanismi di degrado di materiali

lapidei sommersi implica la vasta conoscenza dell’habitat

marino, che ritrae un vero contesto di vita naturale, in cui

i materiali stessi trovano un nuovo e peculiare sito di giacitura.

A contatto con l’ambiente acquatico sono anch’essi

utilizzati dagli organismi come substrati di crescita e risultano

colonizzati da comunità biotiche diversificate in funzione

delle caratteristiche del sito e delle loro proprietà

strutturali e composizionali. Organismi che svolgono il ruolo

di biodeteriogeni di materiali lapidei, appartengono alla categoria

delle forme bentoniche che vivono in stretto contatto

ad un substrato rigido o all’interno di esso. Rientrano

in questa categoria forme vegetali e animali, spesso resistenti

ai domini più estremi con una versatilità metabolica

estremamente ampia e diversificata. Sono proprio le loro

attività vitali tra le principali cause che concorrono al deterioramento

di manufatti ubicati sui fondali. La presenza

sui materiali di tali forme è considerata del tutto normale

e, in proporzioni limitate, il fenomeno non è sempre dannoso.

Sussistono casi in cui, laddove le condizioni esterne,

siano ampiamente favorevoli alla loro proliferazione, divengono

l’elemento chiave per l’insorgere del danno, arrecando

talvolta danni estesi ed irreversibili (Caneva & Ceschin,

2009). Il manifestarsi di organismi bentonici può pertanto

compromette, in sinergia con i fattori ambientali, la funzionalità,

l’integrità e la leggibilità dei medesimi (Caneva

et al., 2005).

La crescita di organismi bentonici determina la formazione

di biofouling, che si manifesta come incrostazione, più o

meno spessa e stratificata, sulla superficie dei materiali.

La loro distribuzione è sempre dipendente dalle combinazioni

dei fattori ambientali del sito di esposizione; sussiste,

sempre, uno stretto sistema d’interrelazioni fra organismo

– substrato – ambiente. Tale associazione non essendo definibile

dal punto di vista biocenotico come entità univoca

e distinta, varia con il mutare delle molteplici situazioni

ambientali cui i substrati sono sottoposti (Relini, 1977; Relini,

1987; Relini et al., 1998; Relini, 2003). Di conseguenza

saranno numerose le strategie di controllo, tante quante

sono le diverse situazioni in cui esso si forma. Sulla base

delle dimensioni degli organismi pionieri, si distingue ulteriormente

tra macrofouling, ossia l’adesione di organismi

marini di grandi dimensioni (es. policheti, briozoi, alghe,

ecc.) e microfouling o biofilm, ovvero un’aggregazione

complessa di microrganismi. La formazione di biofilm favorisce

l’adesione e l’ancoraggio dei primi microrganismi al

substrato. Si tratta di un raggruppamento complesso, contraddistinta

dalla secrezione di una matrice adesiva, gelatinosa

e allo stesso tempo protettiva (Relini, 2003). Le fasi

di sviluppo del biofilm oscillano temporalmente in funzione

dei diversi fattori biologici, fisico-chimici e ambientali; in

habitat marino la sua formazione racchiude le fasi di adesione,

colonizzazione, crescita e maturazione. Solitamente

la prima fase, che è quella di adesione, è designata come

sticking efficiency; essa dipende sostanzialmente dalle proprietà

della superficie del materiale colonizzato, dallo stato

fisiologico dei microrganismi e dalle condizioni idrodinamiche

dell’ambiente in prossimità dell’area sottomessa. Ha

inizio con l’ancoraggio, sul substrato, dei microrganismi liberamente

fluttuanti, che agiscono inizialmente mediante

forze deboli. Questa fase implica la deposizione, nel giro

di pochissimo tempo (1-3 giorni), di un biofilm macromolecolare

costituito in prevalenza da polisaccaridi e proteine.

Il processo di formazione di questo primo involucro è seguito

dall’attecchimento di batteri e altri organismi unicellulari

fotosintetici. La successiva duplicazione cellulare e

la produzione di sostanze polimeriche extracellulari (EPS)

consentono la successiva colonizzazione del substrato con

aumento dell’aderenza cellulare (accumulo), fino al conseguimento

di una condizione di stabilità strutturale. L’EPS

rappresenta l’insieme delle differenti classi di macromolecole

(polisaccaridi, proteine, acidi nucleici e fosfolipidi)

rilevate negli spazi intracellulari dei complessi microbici.

Queste molecole sono responsabili delle forze coesive che

permettono alla matrice del biofilm la tipica architettura

tridimensionale dentro la quale i microrganismi si sviluppano

(Wingender et al., 1999). L’incremento del biofilm

microbico è comunemente accompagnato da formazioni di

vere e proprie appendici filamentose che agevolano la cattura

e l’adesione di spore, funghi, protozoi, microalghe e,

ovviamente, corpuscoli inorganici. In altre parole, quando

la colonizzazione ha avuto inizio, il biofilm cresce smisuratamente

tramite divisioni cellulari e integrazioni di batteri

esterni. A questo stadio (6-7 giorni), inizia la colonizzazione

da parte di organismi pluricellulari, sia produttori che

degradatori (Davis & Williamson, 1995). L’ultimo stadio di

sviluppo denota l’attecchimento e la crescita di organismi

più complessi, come macroalghe e invertebrati marini. Un

biofilm maturo contiene quindi una popolazione variegata

di organismi (Keevil & Walker, 1992) che genera, solitamente,

le condizioni favorevoli per l’insediamento del macrofouling

che continua così il processo di colonizzazione della

superficie. Lo sviluppo di biofilm si rivela per lo più su substrati

solidi sommersi o esposti a soluzioni acquose, sebbene

possa manifestarsi anche come tappeti o masse galleggianti

su superfici liquide.

Gli effetti negativi della sua formazione possono coinvolgere

le molteplici strutture sommerse di interesse archeologico,

manufatti di varia natura, relitti marini nonché mezzi

navali.

Le diverse casistiche hanno sollevato maggiore attenzione

da parte dei gruppi di ricerca che, incentrando gli studi

sull’evoluzione di un biofilm, hanno messo in luce molti dei

meccanismi con i quali i microrganismi modificano e alterano

le proprietà chimico-fisiche della superficie dei materiali

colonizzati immersi nell’ambiente acquatico, proponendo


criteri di prevenzione e sperimentando tecniche e sostanze

di rimozione (Costerton et al., 1995).

Lo sviluppo di comunità e popolamenti marini non è solo

superficiale; in alcuni casi gli organismi possono insediarsi

all’interno dei materiali; è il caso degli organismi endolitici.

La colonizzazione, tuttavia, non è universalmente nociva;

sussistono casi in cui la presenza di biomassa sui manufatti

volge a potenziarne la conservazione (effetto bioprotettivo)

(Aloise et al., 2013; La Russa et al., 2015). Il fenomeno

del degrado in ambiente acquatico, dove le variabili che

concorrono sono plurime e mutevoli (tipologia di substrato,

torbidità delle acque, luce, temperatura, disponibilità

di ossigeno, ecc.) costituisce un’argomentazione tutt’oggi

alquanto complessa, ricca di contenuti che abbracciano le

disparate forme di danno cui un materiale è inevitabilmente

soggetto durante la sua permanenza in ambiente marino

(Caneva et al., 2005; Petriaggi & Mancinelli, 2004; Petriaggi,

2005; Petriaggi & Davidde, 2007).

SUBSTRATI CARBONATICI IN AMBIENTE SOMMERSO, FORME

DI BIOEROSIONE E METODI D’INDAGINE

Nell’accezione più comune il termine bioerosione (Neumann,

1966) si riferisce ad un processo di distruzione e

impoverimento parziale o totale di un substrato, attivato

da una varietà di organismi mediante meccanismi biologici

come lo scavo, la perforazione, l’abrasione, ecc. (Carreiro-Silva

et al., 2009; Golubic et al., 1970; Golubic et al.,

1975; Golubic et al., 1980; Golubic et al., 1984; Golubic et

al., 2003; Golubic et al., 2005; Kleemann, 2001; Davidde et

al., 2002; Davidde et al., 2010; Ricci et al., 2004; Ricci et

al., 2007; Ricci et al., 2009; Ricci & Davidde, 2012; Ricci et

al., 2015; Sacco Perasso et al., 2015). Rientrano in questa

categoria sia organismi microperforatori (alghe, batteri e

funghi) che macroperforatori (bivalvi e spugne).

Tale fenomeno, che nel caso di beni provenienti da ambiente

marino, interessa in prima linea i materiali di natura

carbonatica, può manifestarsi superficialmente o spingersi

dentro il substrato, producendo cavità interne. Il fenomeno

esterno è generato principalmente dall’attività dei grazers,

Fig. 2 – Immagini su campioni archeologici mediante microscopio elettronico a

scansione. Forme di alterazione/degrado su materiali lapidei di natura carbonatica

provenienti da ambiente marino; evidenza di perforazioni da attività endolitica.

organismi erbivori come echinodermi, molluschi gasteropodi

e alcuni pesci che pascolano sul substrato rimuovendone

notevoli porzioni. Il substrato può essere demolito anche in

profondità grazie all’azione di perforatori endolitici, come

poriferi e molluschi. Forti testimonianze in merito, si hanno

negli studi del biologo croato Stjepko Golubic - tra i primi a

cimentarsi nei fenomeni di bioerosione su superfici carbonatiche

- dai cui studi emerge chiaramente che gli organismi,

particolarmente quelli che svolgono attività endolitica, penetrano

nella roccia scavando cavità e/o tunnel attraverso

processi chimico-fisici e biologici e dunque, sono essi stessi

gli artefici degli spazi in cui giacciono e si riproducono. Questi

processi, che si instaurano analogamente sui substrati

biogenici di natura carbonatica (Posidonia oceanica, fondi

a Maerl, coralligeno, tegnùe, coralli profondi, ecc.) e sui

substrati rocciosi calcarei che plasmano i fondali marini naturali

(Golubic et al., 1970; Golubic et al., 1984; Tribollet &

Golubic, 2005), lasciano desumere che la bioerosione è tra

le forme più aggressive e devastanti di deterioramento su

materiali lapidei sommersi di suddetta natura (Camara et

al., 2017; Calcinai et al., 2003a; Calcinai et al., 2003b; Casoli

et al., 2009; Casoli et al., 2013; La Russa et al., 2010;

La Russa et al., 2015; (Ricca et al., 2014; Ricca et al., 2015;

Ricca et al., 2016; Ricci et al., 2008a; Ricci et al., 2008b;

Ricci et al., 2009; Aloise et al., 2013; Ricci et al., 2013;

Ricci et al., 2015).

La crescita di forme bentoniche su materiali carbonatici può

causare tipologie di danno riconducibili a tre classi distinte:

danno strutturale, funzionale ed estetico. Il più delle volte

queste si sviluppano simultaneamente nonostante possa

sussistere la prevalenza dell’uno rispetto agli altri. Tale variabilità

deve sempre essere correlata ai fattori ambientali

estremamente diversificati (luce, temperatura, profondità

e topografia del fondale, acqua, salinità, ecc) che entrano

in gioco nel rendere un ambiente conforme a sostenere

dei processi di crescita biologica, verso cui le singole specie

possono manifestare spettri di tolleranza più o meno ampia.

Indagare su tali parametri e condurre quindi uno studio

sistematico-ecologico di un dato habitat, rappresenta l’approccio

metodologico più consono, in grado di fornire indicazioni

sulle cause che possono aver favorito l’insorgere di

una determinata specie piuttosto che un’altra su un materiale,

nonché metodi efficaci per monitorarne crescita e sviluppo

(Caneva et al., 2005; Caneva and Ceschin, 2009; Crispim

& Gaylarde, 2005; Crisci et al., 2010; Ortega-Calvo et

al., 1995; Petriaggi & Davidde, 2007; McNamara & Mitchell,

2005; Naylor et al., 2011; Naylor & Viles; 2002; Pohl and

Schneider, 2002; Tomaselli et al., 2000; Viles, 1995; Viles,

2013; Walker & Pace, 2007; Warscheid and Braams, 2000;).

Partendo da tali presupposti è evidente che, volendo indagare

sui fenomeni di bioerosione in ambiente acquatico, è

fondamentale conoscere le relazioni che gli organismi instaurano

con un substrato sommerso e valutarne l’intrinseco

rapporto.

Come peculiare metodica d’indagine per lo studio delle forme

di degrado su materiali di natura carbonatica si ricorre

a ricognizioni macroscopiche che consentono preliminarmente

di mappare il bene, possibilmente in situ, definendo

distribuzione e frequenza degli organismi, identificazione

dei gruppi sistematici presenti, inquadramento ecologico

del sito di giacitura, definizione dei livelli di pericolosità e

indici di danno. In tale fase ci si avvale di schede di raccolta

dati, appositamente elaborate dall’ISCR (Istituto Centrale

per il Restauro, Roma) per la definizione dello stato di conservazione

di manufatti sommersi; parliamo del sistema di

schedatura SAMAS e SAMAS BIO di I e II livello.

30 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 31

Fig. 3 - Immagini su sezioni sottili e stratigrafiche di campioni archeologici, mediante microscopio elettronico a scansione. Forme di alterazione/degrado su materiali

lapidei di natura carbonatica provenienti da ambiente marino con evidenza dell’interazione substrato-alterato/materiale lapideo e concrezioni superficiali.

Questo tipo di indagine implica il riferimento a campioni

sia di materiale biologico che di materiale costitutivo, prelevati

ai fini di specifiche indagini di laboratorio necessarie

per il riconoscimento degli organismi e lo studio dei litotipi

colonizzati, con relative forme di danno. Il passo successivo

è comunemente l’osservazione dei campioni prelevati mediante

tecniche microscopiche.

Lo stereomicroscopio consente di ispezionare gli aspetti

morfologici più superficiali, focalizzando maggior interesse

sulle incrostazioni presenti (es. layers superficiali, anche

plurimi, contraddistinti da concrezioni e patine, riconducibili

a resti scheletrici di forme bentoniche) e di quantificare

approssimativamente l’entità di danni irreversibili (es.

perforazioni, perdita di materiale), spesso visibili – laddove

estesi – anche ad occhio nudo. Nel primo caso ci troviamo

dinanzi ad un danno che, sulla base di un’indagine

preliminare, può essere considerato essenzialmente di tipo

estetico, dove il manufatto perde di leggibilità e ne risulta

ampiamente deturpato; nel secondo caso riscontriamo un

deterioramento a livello fisico-meccanico che, nelle forme

più avanzate, implica la totale perdita del bene archeologico.

Queste forme di danno, ampiamente indagate, possono

essere attribuite a gruppi sistematici vegetali e animali

mediante il riconoscimento di elementi diagnostici peculiari,

come ad esempio le strutture di organismi incrostanti o

la morfologia di alcuni residui di biocenosi molli. Inoltre,

l’eventuale presenza di perforazioni lascia presupporre

all’azione di forme endolitiche; per una più corretta identificazione

si rimanda necessariamente ad uno studio di dettaglio

mediante metodi di indagine microscopici ad elevata

risoluzione come ad esempio la microscopia elettronica a

scansione (SEM) coadiuvata da microanalisi EDS.

Le indagini SEM-EDS incoraggiano un’analisi morfologica di

dettaglio, valutando più approfonditamente il danno. La

metodica è in alcuni casi utile per l’inquadramento sistematico

di forme bentoniche spesso in concomitanza a resti

inorganici e tracce caratteristiche di taluni organismi marini.

È il caso, ad esempio, dell’osservazione dell’ultrastruttura

di spicole, formanti l’endoscheletro delle spugne; in

funzione della morfologia e della loro composizione se ne

favorisce la corretta identificazione. Altresì si può indagare

sulle cavità, micro-gallerie e impronte lasciate sul substrato.

Studi dimostrano che l’eterogeneità dimensionale delle

perforazioni e la loro varia distribuzione spaziale sono da

associare allo stadio di accrescimento di gruppi, sia di fauna

che flora marina, nel substrato colonizzato. Un’altra manifestazione

di interesse per lo studio dei fenomeni di alterazione

sui materiali lapidei è quella operata da organismi

incrostanti che portano alla formazione si spesse e dense

concrezioni calcaree, la cui azione non è universalmente

nociva. Si sviluppano layers superficiali che deturpano il

manufatto, inducendone la perdita di leggibilità e funzionalità.

Di conseguenza, il risultato è un forte danno di tipo

estetico.

Al fine di valutare i fenomeni di degrado da un punto di vista

più propriamente legato all’aspetto minero-petrografico, si

predispongono sezioni sottili e stratigrafiche con spessori di

~ 30 μm per osservazioni al microscopio ottico a luce polarizzata.

Il fine è di valutare come il degrado, di entità biologica,

possa variare in relazione ai caratteri strutturali e tessiturali

dei litotipi colonizzati. Studi su campioni di marmo

hanno evidenziato come il danno possa variare in funzione

del range granulometrico e del grado di interconnessione tra

i cristalli calcitici/dolomitici; marmi a grana molto fine sono

meno suscettibili all’attività biologica destata da gruppi con

capacità perforanti rispetto a marmi a grana medio-grossa,

probabilmente per via del maggiore grado di compattezza

del materiale, dovuto all’elevato grado di interconnessione

tra i grani e, conseguentemente, alla maggiore difficoltà

da parte dei perforatori di penetrare tra i cristalli, in particolar

modo a livello dei punti di giunzione e contatto dei

grani. Il microscopio ottico polarizzatore avvantaggia anche

lo studio dell’alterazione superficiale, esaminando il profilo

esterno di patine e concrezioni.

Infine, studi di tipo mineralogico-molecolare mediante

spettroscopia in trasformata di Fourier (FT-IR) con modalità

di acquisizione in Riflettanza Totale Attenuata (ATR) possono

ulteriormente guidare nell’identificazione della natura

inorganica delle concrezioni superficiali.

STRATEGIE CONSERVATIVE

Nell’ultimo decennio, nello scenario della ricerca e dello

sviluppo tecnologico mondiale, le nanotecnologie hanno

acquisito una posizione di prestigio, tanto da parlare di

un nuovo settore del sapere. Si pensa alle nanotecnologie

come metodi di manipolazione della materia su cui in futuro

fonderanno le basi molte aree settoriali e tecnologiche;

una vera ondata rivoluzionaria indirizzata non unicamente

al mondo della ricerca e dell’industria ma anche alla vita

umana (Boeing, 2006). Uno dei settori scientifici in cui le

nanotecnologie hanno consolidato il loro metodo è quello

della Conservazione dei Beni Culturali in cui l’approccio alla

dimensione nanometrica è alla base di tecniche e prodotti

innovativi che sono testati sui diversi materiali con fini consolidanti

e/o protettivi e, allo stesso tempo, atti ad unire

elevate prestazioni senza gravare sull’ambiente, favorendo

inibizione di prodotti d’alterazione ad es. attraverso azione

fotocatalitica (Fujishima& Honda, 1972). Prima di operare


sul bene culturale, il metodo prevede un’iniziale fase di

sperimentazione finalizzata ad individuare le potenzialità di

miglioramento prestazionale e di affidabilità nel tempo dei

nanomateriali; dopodiché si prosegue con l’intervento vero

e proprio. Negli ultimi anni, sui substrati culturali di diversa

natura, si è rafforzato l’impiego di resine polimeriche e

binders, addizionati a nanomateriali (es. nanoparticelle di

biossido di titanio, argento, ossido zinco ecc.); tali applicazioni

rappresentano una tecnica leggera ed eco-sostenibile

per la conservazione attiva del patrimonio storico-artistico,

giacché consentono di evitare lo smontaggio della struttura

esistente (operando in situ) e favoriscono evidenti vantaggi

di ordine economico ed anche dal punto di vista dei tempi di

realizzazione dell’intervento (Gomez-Villaba et al., 2010;

Ruffolo et al., 2010; Ruffolo et al., 2013).

Nello specifico, volendo citare le proprietà più eloquenti

per le quali i materiali nanostrutturati, trovano riscontro nei

Beni Culturali, diremmo che essi sono implicati come agenti

disinquinanti, antimicrobici, idrorepellenti e autopulenti

delle superfici trattate; inoltre, oltre che nella rimozione di

depositi organici e particelle di sporco depositate sui substrati

alcuni di questi mostrano un forte potere idrofilo. La

loro azione è spesso combinata a quella della radiazione

solare. Infatti, l’azione ultravioletta crea una modificazione

della struttura superficiale del prodotto “nano” utilizzato,

e di conseguenza si assiste alla significativa riduzione

dell’angolo di contatto sul materiale; per cui la bagnabilità

completa della superficie trattata e la capacità di ossidoriduzione

indotta dalla luce producono entrambi un effetto

autopulente, inibendo depositi e crescita di organismi o di

altro materiale. Rilevante si configura pertanto l’uso di tali

prodotti per procedure di pulitura, consolidamento e protezione

di materiali lapidei, naturali e artificiali, di interesse

archeologico. Ovvio è che, per manifestare efficacia, i

prodotti stessi devono essere opportunamente preparati e

possedere peculiari caratteristiche, come ad esempio: a)

dimensioni delle polveri dell’ordine dei nanometri; b) particolari

morfologie; c) specifiche fasi cristalline e proprietà

fisico-chimiche. Tali caratteristiche devono essere vagliate

in funzione delle proprietà intrinseche del materiale da proteggere,

delle problematiche di alterazione e degrado a cui

sono soggetti e della compatibilità sia con l’ambiente in cui

è prevista l’applicazione sia con il substrato da conservare.

Per la protezione di strutture ubicate in ambiente marino,

si sta rafforzando l’utilizzo di binders e principi attivi nanometrici

che limitano lo sviluppo di biofouling. Per quanto

riguarda i binders, si tratta di prodotti che manifestano un

potere più o meno consolidante a seconda della compattezza

del film che andranno a formare e alla loro penetrazione

all’interno del substrato. L’aggiunta ai binders (es. SiO 2

) di

sostanze attive nell’inibizione del biofouling marino (es.

nano TiO 2

, ZnO, Ag, ecc.), permette di ottenere dei formulati

che uniscono proprietà consolidanti a quelle protettive

(Ruffolo et al., 2010; Ruffolo et al., 2013). Dovendo operare

in ambiente acquatico, la problematica maggiore riscontrata

risulta l’applicabilità in situ dei prodotti; a tal proposito

recenti studi sono stati indirizzati a trovare un mezzo di

dispersione dei principi attivi che non si dissolvesse, a contatto

con l’acqua, e che rimanesse aderente alle superfici

da trattare (Bruno et al., 2016; Ruffolo et al, 2017).

CONSIDERAZIONI CONCLUSIVE

L’utilizzo di un approccio multidisciplinare permette di ottenere

importanti informazioni sulla variabilità delle forme

di danno apportate da gruppi di organismi bentonici che

operano su resti e manufatti di interesse storico e archeologico,

di natura lapidea, in ambiente subacqueo. Tali informazioni

sono di basilare importanza qualora si voglia intervenire

su un bene e programmare un corretto intervento di

conservazione e restauro.

Si dimostra che la variabilità del danno è correlabile oltre

che al tipo di colonizzazione biologica, anche ai caratteri

intrinseci dei materiali e alle loro condizioni di esposizione

nel contesto di giacitura. Questi aspetti rendono palese che

la documentazione dello stato di conservazione e una corretta

indagine diagnostica sono azioni indispensabili per la

pianificazione di qualsiasi intervento conservativo e, più in

generale, per una corretta gestione, valorizzazione e fruizione

del bene.

Sulla base di questi dati si potrà giungere alla definizione di

mirati interventi da effettuare sulle strutture in situ.

Abstract

The paper presents an overview of the main causes of decay affecting archaeological

stone materials in underwater environments. It is a complex phenomenon

so far quite investigated, where a multitude of factors is involved. Degradation

forms in seawater imply not only a variation in the physico-mechanical and geochemical

properties of materials, but also an aesthetic damage, due to superficial

deposits, which can determine to the illegibility of the artefacts. In this context,

it is crucial to determine to what extent these decay factors, mainly attributable

to biological growth, could affect the durability of materials and what are the

effects of new and suitable procedures for their maintenance and protection.

Keywords

archeologia subacquea; biofouling; degrado; materiali lapidei; nanomateriali

Autore

Mauro Francesco La Russa

mlarussa@unical.it

Michela Ricca

michela.ricca@unical.it

Università della Calabria

Dipartimento di Biologia, Ecologia e Scienze della Terra (DiBEST)

Via P. Bucci, 87036 – Rende (CS), Italy

32 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 33

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AGORÀ

I droni per l'archeologia subacquea al Sea

Drone Tech Summit 2018 di Gallipoli -

Una flotta di droni subacquei si prepara ad

esplorare le profondità di mari ed oceani. Si

moltiplicano in Italia e nel mondo, infatti, i

progetti per la costruzione di sofisticati robot

marini, in grado di raggiungere fondali

inesplorati e di documentare con telecamere

e sensori l’ambiente sommerso, come

anche relitti affondati o testimonianze di

antiche civiltà.

Rover marini telecomandati, ad esempio,

sono stati utilizzati recentemente da una

nave della Marina Militare per ritrovare il

sommergibile “Guglielmotti”, affondato

durante la Prima Guerra Mondiale a largo

dell’isola di Capraia, o dal CNR per misurare

i parametri ambientali sottomarini

nelle isole Svalbard nell’Artico norvegese.

Tutte le più recenti innovazioni in questo

settore saranno presentate al “Sea Drone

Tech Summit 2018”, il primo congresso in

Italia dedicato ai droni e ai robot per impiego

marino e subacqueo, che si svolgerà

nei giorni 16 e 17 novembre prossimi a Gallipoli

(Lecce). “Queste macchine stanno rivoluzionando

le ricerche negli abissi marini

e oceanici”, spiega l’organizzatore Luciano

Castro. “Basti pensare che solo l’Italia possiede

oltre 7mila chilometri di coste e oltre

mille siti archeologici sommersi conosciuti.

Un patrimonio che andrà esplorato, studiato

e tutelato anche grazie a droni e robot

capaci di immergersi ed operare a lungo a

profondità inaccessibili all’uomo”.

L’impiego in mare di sistemi autonomi o teleguidati

si sta diffondendo rapidamente.

Possono essere utilizzati, infatti, per il controllo

di tubature o strutture sottomarine,

per il monitoraggio dell’ecosistema sommerso,

per la mappatura dettagliata delle

aree portuali e dei fondali e per l’esplorazione

di siti archeologici, come imbarcazioni

affondate o vestigia di antichi porti o

città. Non mancano poi le applicazioni nel

settore della sicurezza e del soccorso, ad

esempio per fornire dati in caso di naufragi

(furono molto utilizzati anche nella tragica

vicenda della Costa Concordia), o in campo

militare. Oltre che in mare, questi droni

e robot posso naturalmente operare pure

in altri generi di bacini, ad esempio per il

controllo dell’inquinamento dei fiumi, per

le verifiche strutturali delle dighe e addirittura

per individuare le perdite all’interno di

grandi tubature sotterranee per la distribuzione

dell’acqua. “Al nostro evento parteciperanno

i maggiori esperti italiani in questo

settore, tra cui rappresentanti di Forze Armate,

Corpi Armati dello Stato, Università,

ENEA, CNR e anche molte aziende specializzate”,

conferma Castro. “Sarà un vero e

proprio summit nazionale, che consentirà di

fare il punto su questa nuova tecnologia, di

creare nuove partnership e di dare visibilità

ad un comparto tecnologico d’eccellenza

finora poco conosciuto dalla collettività”.

Il “Sea Drone Tech Summit 2018” è promosso

dall’associazione Ifimedia ed organizzato

dalla società Mediarkè, in collaborazione

con “Roma Drone Campus”. Il congresso ha

già ricevuto i patrocini dei ministeri della

Difesa e dello Sviluppo Economico, di Regione

Puglia, Comune di Gallipoli, CNR,

ENEA, Università del Salento e Link Campus

University. Il programma prevede venerdì

16 novembre una cerimonia inaugurale con

la presenza di istituzioni locali e nazionali,

a cui seguiranno tre sessioni: la prima sarà

dedicata a droni e robot sottomarini, la seconda

ai droni navali di superficie, mentre

la terza ai droni aerei per impieghi marini.

Si svolgeranno anche dimostrazioni operative

dei vari mezzi in vasca e in mare,

quest’ultime sabato 17 presso il Circolo della

Vela di Gallipoli. Per la parte congressuale,

relatori e partecipanti saranno ospitati

presso l’Ecoresort Le Sirenè e l’hotel Bellavista

Club, prestigiose strutture alberghiere

gallipoline del gruppo Caroli Hotels, official

supplier dell’evento.

www.seadrone.it

Via Indipendenza, 106

46028 Sermide - Mantova - Italy

Phone +39.0386.62628

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34 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali

35

Le attività scientifiche e tecnologiche del

Laboratorio di Robotica IDRA - Il Laboratorio

di Robotica svolge attività di ricerca in

diversi campi della robotica avanzata. Le

attività scientifiche e tecnologiche del Laboratorio

si possono raggruppare in quattro

aree, le cui caratteristiche sono riassunte di

seguito.

Robotica mobile terrestre

In questo campo sono stati sviluppati molti

progetti riguardanti sistemi robotici autonomi

per applicazioni di sorveglianza e sicurezza,

conservazione del patrimonio culturale

e assistenza agli anziani ed ai diversamente

abili. In quest’ambito sono stati sviluppati

algoritmi per la navigazione autonoma, visione

a artificiale, il riconoscimento di pattern

nonché di cooperazione tra robot.

Interfaccia uomo-macchina, teleoperazione

e telemanipolazione

Accanto alla teleoperazione, da sempre

tema del laboratorio nato per sviluppare telemanipolatori

per impianti nucleari, è stata

studiata la progettazione meccanica ed

elettro-termica di interfacce neurali invasive

micro attuate basate su smart materials

per la connessione tessuto vivente-attuatore

meccanico. Attività collaterali sono state lo

studio e analisi dei segnali neurali registrati

in-vivo tramite tecniche avanzate di signal

processing e lo sviluppo di interfacce neurali

a film sottile di nuova generazione. La

robotica contribuisce anche alla fruizione

avanzata dei beni culturali mediante la realtà

aumentata e tecniche di analisi e classificazione.

Sistemi sensoriali

Il Laboratorio ha sviluppato una sensoristica

innovativa che usa la radiazione elettromagnetica

nella banda dell’infrarosso e dispositivi

wireless allo scopo di fornire elementi

cognitivi per la modellazione del contesto da

parte dei non vedenti. Nel settore automotive

è stato realizzato un ausilio per le persone

presbiacusiche.

Robotica mobile subacquea e aerea

Il Laboratorio è, nel periodo corrente, principalmente

impegnato nello sviluppo di uno

“sciame” di robot sottomarini autonomi finalizzato

alle comunicazioni e alla “security”

ma di interesse anche per la ricerca e lo

studio di Beni Culturali sommersi. I sistemi

robotici autonomi costituiscono uno strumento

potente per la ricerca e la localizzazione

di reperti archeologici sottomarini. I

sistemi VENUS, elementi dello sciame, disegnati

dall'ENEA e tutt'ora in fase di sviluppo,

lavorano con il concetto di swarm, offrendo

maggiore robustezza e velocità di esplorazione

rispetto ad un singolo robot per quanto

sofisticato. I punti chiave sono: un sistema

di controllo distribuito, nuove strategie di

comunicazione subacquea e lo sviluppo di

un prototipo sottomarino economico. I robot

sono in grado di costruire mappe digitali dei

siti archeologici e dargli una struttura utilizzando

non solo immagini visive ma combinandole

con dati di altri strumenti, quali LIF

(laser induced fluorescence), ultraacoustical

devices etc. per generare immagini iper realistiche

di realtà aumentata che forniscono

all’osservatore diversi livelli di lettura contemporaneamente

e migliorano il livello di

fruizione, con l’ausilio tecniche di analisi e

classificazione automatica delle caratteristiche

rilevate.

Le attività scientifiche e tecnologiche del

Laboratorio di Robotica IDRA - Il L’App accessibile

del Museo Sannitico di Campobasso.

Nell’ambito del progetto “SMART CUL-

TURAL HERITAGE 4 ALL”, la nuova App che

propone due percorsi immersivi sensoriali

concepiti per fare “vedere” il museo ai portatori

di disabilità visiva.

Dopo aver realizzato e lanciato al Museo

Sannitico di Campobasso il primo percorso

immersivo “smart touch” per non vedenti

“Sanniti Experience”, Heritage concepisce

e realizza un nuovo percorso e lancia per

iOs e Android l’App accessibile “Museo Sannitico”

che offre agli utenti due percorsi

emozionali all’interno del Museo oltre a una

serie di contenuti scientifici di approfondimento

elaborati con gli archeologi del Polo

Museale del Molise.

Museo Sannitico è un App mobile, gratuitamente

scaricabile da App Store o Google

Play, concepita e sviluppata per migliorare

l’accessibilità ai contenuti culturali delle

principali sale del Museo Sannitico di Campobasso,

in particolare alle persone portatrici

di disabilità visive. Con l’App si possono

esplorare gli ambienti del Museo attraverso

due percorsi immersivi sensoriali.

Il primo percorso è Sanniti Experience, che

guida i visitatori all’interno delle sale del

settore sannitico, un viaggio che porta indietro

nel tempo - a più 2000 anni fa - nel

cuore della storia sannita e della sua eroica

lotta contro la Repubblica Romana. Il secondo

percorso, appena realizzato, è In viaggio

con Asparukh, dedicato al settore medievale

e ai celebri ritrovamenti archeologici

delle necropoli di Campochiaro. In Sanniti

Experience il racconto emozionale è basato

su uno storytelling che mette a confronto

due personaggi, un guerriero sannita e un

soldato romano. In In viaggio con Asparukh,

lo storytelling è costruito su più voci tenute

insieme dal piccolo Asparukh, un bambino

figlio di cavalieri, che fa immergere il visitatore

nelle vicende storiche del VII sec.

quando i Bulgari di Alzecone arrivarono in

Italia al servizio dei Longobardi, come narrato

dallo storico Paolo Diacono.

I due racconti immersivi sono integrati,

anche dal punto di vista tecnologico, con

esperienze sensoriali: il visitatore trova

lungo il percorso la riproduzione in 3D di

alcuni manufatti, così da poterli esplorare

tattilmente e completare l’esperienza conoscitiva.

Grazie alla tecnologia Beacon (sensori geolocalizzati

all’interno delle sale), l’App riconosce

la posizione del visitatore e lo guida

lungo i percorsi, attivando automaticamente

le tappe della storia mentre l’utente

cammina. Infine, alcuni degli oggetti sensoriali

sono realizzati per dialogare direttamente

con l’App attraverso il bluetooth:

questa tecnologia “smart touch” permette

all’utente di attivare l’audio nel momento

stesso della fruizione tattile.

L’App e i percorsi immersivi multisensoriali,

pur concepiti in particolare per non-vedenti

e ipo-vedenti, sono un tipo di esperienza

rivolta a tutti coloro che vogliono sperimentare

una visita educativa, coinvolgente

e ispirata ai principi dell’accessibilità universale.

L’App “Museo Sannitico” è parte del progetto

Smart Cultural Heritage 4 All, un format

per la fruizione innovativa di musei, mostre

e siti archeologici, concepito e sviluppato

per migliorare l’accessibilità alle persone

con disabilità e limitazioni funzionali.

Il progetto è condotto all’interno di un protocollo

d’intesa tra Università degli Studi

del Molise, Polo Museale del Molise, Heritage

Srl e Centro Orientamento Ausili Tecnologici

Onlus, e con la collaborazione della

Associazione Italiana Ciechi e Ipovedenti.

Download: heritage-srl.it/museo-sannitico/

www.heritage-srl.it/


GUEST PAPER

Characterization and Treatment Study of a

Handcraft Brass Trumpet From Dhamar Museum, Yemen

by Mohamed M. Megahed, Mohamed M. Abdelbar

The goal of this paper is to present an

analytical and conservation study of

a Brass Trumpet from the handcrafts

collection of the Dhamar Museum

(Yemen). Metallographic examination

and scanning electron microscope

were performed to identify the

microstructure of the alloy.

Fig. 1 - Show both sides of the trumpet surface (a, b).

Brass alloys are mainly composed of copper and zinc,

copper is the main component, while zinc is about 10

and 45% (Lanord F. A. 1980; Scott D.A. 1991; Shreir L.L

et alii 1994).

Brass alloys in early times were equally binary alloys consisting

of 90-70% copper and 10-30% zinc, the colour of the

alloy becomes yellower as the proportion of zinc increased

(Hodges H.,1964). The colour ranges from a red similar

to pure copper through a pleasing yellow to white, above

about 45% zinc (Selwyn L., 2004).

In order to make brass, calamine was melted with copper,

it is a compound of zinc carbonate and zinc silicate, which

was the main ore from which the zinc was, extracted (Van

der Heide G. J., 1991). Great caution should be taken when

making an alloy of copper and zinc, because the boiling

point of zinc (917ºC) is below the melting point of copper

(1083ºC) (Craddock P.T., 1995). For this reason, zinc was not

smelted in antiquity, but calamine ore was added to the

molten copper in a crucible, the carbon and oxygen being

then given off as gaseous carbon dioxide while the other

impurities formed, in addition to silica, a slag that could be

skimmed off the surface of the molten metal (Hodges H.,

1964, p.69).

This process was used into the 19 th century until it was replaced

by the melting together of zinc and copper metals

(Selwyn L., 2004, p.53). It is well known that the addition

of can cause a significant change in the color of the alloy

and its chemical prosperities as well as its ability to resist

corrosion (Scott A. D., 2002).

Brass alloys have been used in making wind instruments

since the 16th century, and became an essential part of the

orchestra during the 18th century, mainly due to its good

properties like malleability, durability, solderablity, the

ease of manufacturing of the instruments and its good corrosion

resistance. This is also due to the sound produced by

a brass instrument could not be compared by that of any

other alloy (Baines A., 1993; Leencwadi L., 2011; Deck C.,

2016).

The first brass instrument is a trumpet found in a drawing

in King Tutankhamen’s tomb in Egypt dating to 1500 BCE.

In this drawing, two trumpets were found, one was made

of bronze (or possibly copper) and the other of silver; both

were made by means of flattening the metal with a hammer

((Van der Heide G. J., 1991, p. 126).

The main instruments of the brass family include the trumpet,

horn, trombone and tuba. The trumpet is the highestsounding

member of the brass instruments whereas the

tuba is the lowest sounding. The trombone is larger than

36 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 37

the trumpet, and has a softer sound (Leencwadi L., 2011).

The processes of flattening and hammering brass were the

most important techniques used in the making of trumpets,

horns, and trombones until about 1820. By using the appropriate

hammers, anvils, and working procedures, the manufacturers

were able to form the required bell shape (Van der

Heide G. J., 1991, p. 130).

It is well known that brasses are copper zinc alloys which are

extensively used in many fields and they combine many of

the favorable features of both copper and zinc. Since zinc

is the active component of brass, it has a tendency to corrode

leaving its surface enriched in copper. The corrosion of

a metal is often considered as an inconvenience because it

implies a change of the objects in the course of time, this

damage caused to a metal by chemical, electrochemical or

even biological reactions between metal and the surrounding

medium (Hammouch H. et al., 2007).

The exhibition of an old object is accompanied by a change

depending on the environmental conditions, which can

sometimes accelerated objects degradation [Wadsak M. et

al. 2000; Organ R. M., 1963; Tylecate R.T., 1979; Cronyn J.

M., 1990; ).

The study of the causes of corrosion is essential to develop

a control technology and to improve the means of protection.

It is anticipated that a thin oxide film (patina) is immediately

formed on Brass artifacts surface, when it is exposed

to an Oxygen- containing environment. The thickness

of this passive oxide film is about a few nanometers and

acts as a protective barrier in the corrosive media (Kannan

S.et al., 2005). However, the film isn’t sufficient during

long- term implantation procedures as they are susceptible

to corrosion- related problems and lack of biocompatibility

to ensure new bone formation at the implant site. A metallic

surface, which quite passive due to protective oxide layer

may still allow a significant release of ions or atoms into

the surrounding tissue under certain conditions. Hence, the

development of Brass coatings on a passivated surface tends

to ensure bioactivity and resists the metal leach from the

surface.

The aim of this work is to represent an analytical and conservation

study of brass Trumpet from the handcrafts collection

of Dhamar museum in Yemen.

To achieve that Metallographic examination and scanning

electron microscope were performed to identify the microstructure

of the alloy. Energy dispersive spectroscopy EDS

and x-ray fluorescence (XRF) were used to identify the alloy

composition used for manufacturing the musical instruments

and the solder joints. X-ray diffraction (XRD) was used for

the identification of the crystalline corrosion products. Finally

exploited the previous info., in a systemic treatment

and conservation for the selected object.

Fig. 2 - Shows the trumpet components.

EXAMINATIONS AND ANALYSIS

Metallographic and Scanning Electron Microscope were used

to study the surface morphology and microstructure of trumpet,

corrosion products were analyzed by X-Ray Diffraction

and X-Ray Florescence was used to identify the chemical

composition of the trumpet. The examinations and analyses

were performed as the following:

Metallographic Examination (ME)

A ZEISS, AXIO Scope partorus was used to examine two

samples from the selected object,

the metallographic examination results are given in (Figures

4. a, b).

Scanning Electron Microscope Examination and Energy Dispersive

Spectrometry (SEM&EDS)

Fig.5 a, b show SEM&EDS examination which detects the

microstructure, the appearance of deterioration spots and

Figs. 6 &7 show the quantitative chemical composition of

the trumpet analyzed using an Inspect S50 (FEI).

MATERIALS AND METHODS: DESCRIPTION AND CONDITION

The investigations and treatment were conducted on a

trumpet from the collection of traditional handcrafts in

Dhamar museum, Yemen. This trumpet dates back to 1850

A.D, made of brass alloy, it consists of a long oval tube,

with two curves, a mouthpiece at one end and a wide bell

at the other. The dimensions of the trumpet are 41 cm

length, 12 x 11 cm diameter of the front part and 2.2 cm

diameter of the back port (Figures 1a, b &2). The trumpet

suffered from deterioration aspects such as a thin black

layer of corrosion products, calcareous spots, missed

parts, micro cracks and wrapped parts (Figure 3 a, b).

Fig. 3 - Show the deterioration aspects of the trumpet such as a

thin black layer of corrosion products, missed parts, micro cracks,

wrapped parts and the soldering material (a, b).


Fig. 4 - Metallographic examinations of the trumpet show: the grains of the alloy filled with

pitting corrosion (a). The microstructure of the alloy, selective corrosion and the distortion of the edge (b).

X-ray Fluorescence analysis (XRF)

X-Ray Fluorescence is a non-destructive, powerful and easy

to use technique for the elemental analysis of a wide variety

of materials; two small samples from the trumpet and

the solder joint were analyzed by this technique to determine

its composition, by using: NITON/XL8138 (USA), driven

with software version 4.2E. The results are shown in Table

(1).

X-ray Diffraction analysis (XRD)

Sample from corrosion products of the trumpet was analyzed

by using a Philips X-ray Diffractometer with Cu Kα

radiation. The aim of this analysis is identification the

corrosion compounds in order to decide whether it is authentic,

stable and suited to certain kinds of conservation

treatment. This information can assist in choosing the best

environment of display or storage for the trumpet. The obtained

diffraction-scan given in Figure (8) and the identified

compounds represented in Table (2).

TREATMENT AND CONSERVATION

Brass tends to oxidize (tarnish) quickly when exposed to

air, which is a major reason why most brass is given a clear

coating to prevent future tarnishing (Deck C., 2016). The

trumpet was subjected to mechanical cleaning with tooth

brushes to remove dry dust and dirt. After that, a paste of

precipitated chalk and water was used by a soft cloth to remove

the residual rouge of corrosion products. The trumpet

was washed carefully by distilled water and dried by immersion

in acetone, finally it was isolated with 3% Paralaid

B-72 dissolved in Ethanol, figure (9. a, b).

RESULTS AND DISCUSSION

Metallographic examination of the trumpet showed: a) the

grains of the alloy filled with pitting corrosion, b) Shows the

microstructure of the alloy, selective corrosion and the distortion

of the edge (Fig.4 a, b). These deterioration aspects

due to the manufacture process, the brittleness therefore,

might be due to the chemical composition and micro-chemical

structure as well as to the ageing process, inducing

a drastic change in the metallurgical and micro-chemical

structure of the object. An electrical potential between the

copper and zinc, in the presence of water, oxygen and other

impurities, causes an exchange of electrons resulting in intergranular

corrosion, which weakens the brass and makes

it especially susceptible to stress damage. Any attempt to

reshape brass, such as dent removal or straightening, without

prior heat treatment will result in distortion and damage,

especially if corrosion-related micro-fissures already

exist. Because brass must be heat-treated before working,

any specific orientation in the material due to original manufacturing

techniques will be obliterated (Barclay B., 1989).

In the selective corrosion, corrosion processes cause removal

of one component of alloy. A typical example of this form

of corrosion is dezincification of brass, when part of the

original material, alloy of zinc and copper, turns to spongy

copper. Dezincification plays its role in the formation of corrosion

cracking of brass. All brasses having Zn content higher

than 15 wt. % incline to dezincification, the mechanism of

dezincification lies in dissolution of Cu and Zn, and Cu subsequently

re-deposits. The dezincification often happens in

waters containing chlorides and is a frequent cause of fail-

Fig. 5 (a, b) - SEM scan of the alloy shows the white block of zinc dispersed in the alloy and stress corrosion (a). A crossed section shows the

stress corrosion caused micro cracks dispersed in the alloy (b).

38 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 39

Samples Cu Zn Sn Pb Total

The trumpet 61.14 32.68 5.90 0.28 100%

The solder 0.47 0.53 8.61 90.39 100%

Tab. 1 - Shows XRF analysis results of the trumpet and the solder join.

ing of the brass fittings in water circuits (Novák P., 2007).

Localized atmospheric corrosion can also be observed on

the surface of brass and copper-zinc alloys due to the reaction

of the distinct alloying metals in contact with the

environment. In this case, the corrosion is referred to as

selective corrosion.

SEM examination showed the white globules of zinc dispersed

in the alloy and stress corrosion, which caused micro

cracks dispersed in the alloy (Fig.5 a, b). Stress corrosion

cracking (SCC) is typical especially for brass, but is less for

other copper alloys. The effect appears under tension stress

above a certain limit in a polluted (industrial) atmospheric

environment, especially when it contains ammonium compounds.

SCC affects copper alloys containing 20%or more

zinc, but only rarely the other alloys (Knotkova D. & K. Kreislova,

2007). The EDS qualitative analyses proved the trumpet

was manufactured from brass alloy (Figs. 6, 7).

XRF analysis was carried out to determine the alloy composition

and the solder joints of the trumpet component. The

results revealed that the trumpet was manufactured from

a yellow brass alloy containing 61.14% Cu, 32.68% Zn, 5.90%

Sn and 0.28% Pb (Table no 1).

Yellow Brasses (containing 23 - 41 % of zinc) as the major

alloying element and may contain up to 3 % of lead and up

to 1.5 % of tin as additional alloying elements. The brasses

are generally divided into three categories depending on

the phase type: alpha brasses with up to about 35% zinc;

alpha + beta brasses with between 35% and 46.6% zinc; and

beta brasses with between 46.6% and 50.6% zinc. As zinc

content increases the brittle d phase begins to appear and

thus alloys with more than 50% zinc are generally avoided.

Beta phase brasses are very much harder than the alpha

and can withstand very little cold-working. The beta phase

begins to soften at about 470 °C (as the lattice changes

from an ordered to a disordered state), and at about 800 °C

it becomes much easier to work. Based on the Cu–Zn phase

diagram, the solubility of Zn in Cu can be as high as approximately

32.5 wt. % , brass alloys in this range (α-brass) are

ductile, easily cold-worked, can be rolled into thin sheets,

and have good corrosion resistance in a salt-water atmosphere

(Ashkenazi D. et al., 2014).

The alpha brasses, which include most of the ancient specimens,

are much better when they are cold-worked and annealed

rather than hot-worked because, if hot-worked, impurities

tend to segregate at the grain boundaries and make

the brass very weak (Scott D.A., 1991, pp. 19-20).

Fig. 6 - Shows SEM image shows the white globules of

zinc dispersed in the alloy.

The presence of lead in a small amount about 0.28% as purities

may be affects the mechanical properties of the material

to a considerable degree. Sixteenth-century brass is

a characteristically inhomogeneous material that includes

several trace elements. Among these, lead (Pb) is the most

significant one, as it affects the mechanical properties of

the material to a considerable degree. Different raw materials

as well as different production processes were employed

in the manufacture of early brass. Modern manufacturers

use the direct process, melting the two principal

elements of copper and zinc directly into each other, but

early craftsmen used the cementation method (Vereecke

H.W. et al., 2012).

Fig. 7 - Shows the corresponding EDS analysis of the

trumpet.

Samples

Trumpet Corrosion

products

Compounds

Major Minor Traces

Covellite

Cu S (33.57%)

Paratacamite

Cu 2

(OH) 3

Cl

(32.98%)

Massicate Pb O

(16.74%)

Cuprite Cu 2

O

(9.26%)

Calcite CaCO 3

(7.44%)

Tab. 2 - Shows XRD analysis results of corrosion products of the trumpet.


Fig. 8 - Shows XRD scan for the corrosion products of the trumpet.

In general, copper and brass alloys are highly resistant to

atmospheric corrosion due to the formation of protective

layers of corrosion products, which reduce the rate of attack.

Thickness and composition of the corrosion product

layer formed are governed by the relative humidity and pollution

of the environment. Inside the instruments that are

regularly played, a very thin film of water at the surface can

be present for quite a long time and damage of the artifacts

(brass instruments) might occur on long-term (Elsener B.

et al. 2016).

The interior corrosion in brass wind instruments dues to the

effects of moisture and saliva inside the instruments, which

consequently increases the risk of metal corrosion inside

the instruments.

Measurements have shown that after 5 min playing the relative

humidity (RH) inside the instruments exceeds 90% and

it takes several days to reach ambient RH again (Scott A.

D., 2002, p.6).

Thus conditions for atmospheric corrosion, the formation of

a very thin film of liquid water at the surface [Craddock P.T.,

1995, p. 295; Hodges H., 1964, p.69; Selwyn L. 2004, p.53.)

are in principle present for quite a long time when the instruments

are regularly played and damage of the artifacts

(brass instruments) could be possible on long-term (Elsener

B. et al., 2016).

The solder joints of the trumpet are a soft soldering assembled

totally with tin-lead solder containing 90.39%% Pb

and 8.61% Sn, 0.47% Cu and 0.35% Zn (Table no.1). Soft solders

have been used to join pieces of metal together at low

temperatures (below 300°C), and produce joints in copper,

bronze, brass, and silver objects (Maryon H., 1941; Ashkenazi

D. et al., 2014 ).

It is generally composed of lead and tin mixed in proportions

that vary from as little as 30% lead (and 70% tin), to as

much as 98% lead (and only 2% tin) ((Maryon H., 1971; Goffer

Z., 2007). The flux is zinc chloride, resin, tallow, or some

other oily substance was used to prevent film formation and

then burn off (Cronyn J. M., 1990, p. 162).

This technique of soldering was used to attach a very small

piece of metal to an under layer of the same metal (Ashkenazi

D. et al., 2014, p. 51). In the trumpet, all connections

between tubes were made by means of a lap joint, in which

usually each tube fits into the next tube, moving toward the

bell (Van der Heide G. J. , 1991, pp. 122-150). But in the

trumpet the soft soldering process may be performed in a

later time to fix the disjointed tubes.

As a consequence of the joining of different metals, the behavior

and the rate of corrosion are remarkably influenced

by the intimate contact between metals with different

electrochemical potential. This contact induces the more

reactive and less noble metal to become anodic in a couple

strongly conductive to corrosion.

X-Ray diffraction analysis of the corrosion products of the

trumpet revealed the presence of different minerals includ-

ing Covellite Cu S, Paratacamite Cu2(OH)3Cl, Massicate PbO

and traces from Cuprite Cu2O, Calcite CaCO3 ( Fig. no.

8&Table no.2 ).

The formation of sulfates and chlorides (Covellite Cu S,

Paratacamite Cu2(OH)3Cl), resulted from the interaction

between surrounding environment and the trumpet. The

impact of sulfides on the corrosion of copper alloys has received

considerable attention, including published reports

documenting localized corrosion of copper alloys by Sulfate-reducing

bacteria (SRB), a diverse group of anaerobic

bacteria isolated from a variety of sulfur-containing. A porous

layer of cuprous sulfide with the general stoichiometry

forms in the presence of sulfide ions. Copper ions migrate

through the layer, react with more sulfides, and produce a

thick, black scale, which can be altered by oxygen from the

environment to a complex sulfide-oxide scale. The sulfide

scale does not confer much protection against further attack,

but the sulfide-oxide scale provides even less. Corrosion

products on copper alloys were more adherent and in

some cases difficult to scrape from the surface. In all cases,

bacteria were closely associated with sulfur-rich deposits.

There is one class of conditions under which biofilms appear

not to produce sulfide minerals.

The presence of basic copper chloride (paratacamite) is

related to the saline nature of the surrounding medium,

whereas the trumpet was preserved. Paratacamite always

found as a powdery, light green secondary corrosion layer on

the patina surface, while the compound of Atacamite occurs

as a sugary-looking coating of dark green glistering crystals

(Scott D.A., 2002, p.124). Often this dark green crystalline

Atacamite is altered to a paler green powdery product of

paratacamite (Gettens R.J., 1963; Frondel C. 1950).

The existence of lead in the soldering alloy as globules or

independent islands causes a non-homogenous structure. In

this case a galvanic corrosion tendency when the alloy is

exposed to moist air or soil. As a result of this reaction lead

corrosion products such as Massicate (PbO) was deposited

on the object surface.

The presence of Cuprite (Cu2O) as a trace in the corrosion

products due to the selective corrosion of the main alloying

element, which is re-deposited after dissolution onto the

surface of the objects, thus forming a copper enriched layer,

Cuprite is the most widely occurring alteration mineral

Fig. 9 (a, b) shows the both sides of the trumpet after treatment

and Conservation.

40 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 41

of ancient copper and its alloys. Most of it was concealed

beneath overlying green basic salts of copper. It is formed as

a result of reaction between the metal and oxygen that present

in every environment but in different proportions. Rust

layer on ancient brass is constituted by Cu2O (Cuprite) and

Cu O (Tenorite). The metal/ oxide interface is relative irregular

and some intergranular penetration can be detected.

The presence of Calcite [CaCO3] crystals as an identified

compound on the trumpet surface, which is most probably

formed by the reaction of soluble calcium bicarbonate with

hydroxide ions produced in the Cathodic reduction of Oxygen

(North N. A. & I.D. Macleod, 1987), indicated that the

surrounding medium of the trumpet was a calcareous aerobic

medium. Such medium usually has high carbon dioxide

and may be chemically very aggressive because the carbon

dioxide may react with water to form carbonic acid, which

may attack metals directly and prevent the formation of a

protective film on the metal surface.

Cleaning is one of the most common operations in conservation.

The choice of method for cleaning depends on what is

required from the object, what is made of, and what condition

it is in. It is known that the mechanical cleaning of metals

is preferred method for removing disfiguring corrosion. It

allows more control and has less effect on the metal alloy.

The Mechanical cleaning carried out for removing the external

crust corrosion products; the trumpet was subjected

to mechanical cleaning with tooth brushes to remove dry

dust and dirt. After that, a paste of precipitated chalk

and water was used by a soft cloth to remove the residual

rouge of corrosion products. The trumpet was washed

carefully by distilled water and dried by immersion in acetone,

finally it was isolated with 3% Paralaid B-72 dissolved

in Ethanol (Fig. no. 9 a, b).

CONCLUSIONS

ME, SEM and XRD results show the occurrence of selective

localized or general chlorine corrosion phenomena induced

also by the separation of the alloying elements, which creates

reactive electrochemical areas.

The chemical composition, the micro-chemical structures

and metallurgical feature of the object have been determined

and can be used to identify some technological aspects

of the ancient manufacturing processes.

The morphology of the surfaces and the elemental compositions

of the corrosion products depend strongly on the

chemical composition of the alloys.

Abstract

Brass is more malleable and has better acoustic properties than pure copper

or zinc; consequently, it is used in a variety of musical instruments, including

trumpets, trombones, bells, and cymbals. The overall goal of this

work is to represent an analytical and conservation study of brass Trumpet

from the handcrafts collection of Dhamar museum in Yemen. Metallographic

examination and scanning electron microscope were performed to identify

the microstructure of the alloy. Energy dispersive spectroscopy EDS and x-ray

fluorescence (XRF) were used to identify the alloy composition used for manufacturing

the musical instruments and the solder joints. X-ray diffraction

(XRD) was used for the identification of the crystalline corrosion products. Finally,

exploited the previous info., in a systemic treatment and conservation

for the selected object.

Parole chiave

Brass; Handcrafts; Trumpet; Characterization; ME; SEM&EDS; XRF;

XRD; Conservation

Autore

Mohamed M. Megahed

mmm03@fayoum.edu.eg

Mohamed M. Abdelbar

Conservation Department, Faculty of Archaeology, Fayoum University, Egypt

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42 ArcheomaticA N°3 settembre 2018


Tecnologie per i Beni Culturali 43

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ECHOSCOPE: LA MIGLIORE SOLUZIONE

MULTIBEAM PER IL RILIEVO 3D IN TEMPO REALE

Echoscope è il sonar multibeam 3D in tempo reale con la

più alta definizione al mondo.

Mediante un generazione di oltre 16.000 segnali per trasmissione

acustica e un frame superiore ai 10 ping al secondo,

i sonar Echoscope forniscono modelli 3D subacquei

veramente unici. La visualizzazione in tempo reale che

impiega tecniche brevettate di rendering 3D consente di

prendere decisioni immediate durante i progetti di posizionamento

subacqueo, mantenendo un dataset misurabile

per scopi di mappatura.

DRONE ECHOBOAT: LA SOLUZIONE IDEALE

PER IL RILIEVO SUBACQUEO

Echoboat è il più versatile drone acquatico per indagini

idrografiche idrografico: ideato e realizzato da

Codevintec consente il rilievo subacqueo con estrema

facilità.

Si tratta di una piattaforma con grande capacità di

carico utile, lungo solo 1,7 metri e con 32 kg di peso,

il piccolo drone idrografico Echoboat è la soluzione

ideale per rilievi in porti, fiumi, laghi, bacini idroelettrici,

cave, lagune.

Specifico per rilievi in porti o acque interne, dove le

convenzionali imbarcazioni con equipaggio sono difficili

da usare e dispendiose. Dove l'uso di imbarcazioni

tradizionali è problematico, antieconomico o addirittura

impossibile.

Il veicolo e la sua strumentazione di bordo sono monitorati

e comandati da remoto, oppure operano in

modalità completamente autonoma.

EchoBoat viene equipaggiato con i sistemi adatti alle

diverse applicazioni, oppure interfacciato con la strumentazione

di fornitura del Cliente:

Utilizzato in una serie di applicazioni che vanno dalla sicurezza

dei porti all’inspezione, riparazione e manutenzione

di questi sino al rilievo dei Beni Cutlurali; l'Echoscope ha

dimostrato di far risparmiare tempo e aumentare la produttività

anche in condizioni di visibilità zero.

Compatto e portatile e con possibilità di scegliere il sistema

di frequenza (singola o doppia), l'Echoscope può essere

rapidamente installato su piccole o grandi imbarcazioni

con supporti particolari o in alternativa integrato su ROV

o AUV.

Ciascun sonar Echoscope 3D viene fornito con il pacchetto

software topside CodaOctopus Underwater Explorer (USE)

modulare che consente l’integrazione del sonar con numerosi

sensori ausiliari come i sistemi di movimento, direzione

e posizionamento.

La combinazione di Echoscope e del software USE con le

loro capacità uniche e brevettate sta cambiando la modalità

di effetuare operazioni sottomarine in tutto il mondo.

http://www.codaoctopus.com

4Ecoscandaglio Single Beam

4Ecoscandaglio Multibeam

4SSS- SideScan Sonar

4SBP - SubBottom Profiler

4ADCP - Profilatore di Corrente a effetto Doppler

4CTD e sonde multiparametriche

4Sistema di posizionamento GNSS

4Piattaforma inerziale

EchoBoat è disponibile anche a noleggio, già equipaggiato

con:

4 Ecoscandaglio Multibeam Pico120: 337kHz, 256

beam da 1.4°x1.4°, 120° di swath.

4 Sistema di posizionamento Applanix WaveMaster2:

Pitch&Roll


Tecnologie per i Beni Culturali 45

IL DRONE IDROGRAFICO PROFESSIONALE

DI AERROBOTIX PER TUTTE LE TASCHE

L’esperienza di aerRobotix nello sviluppo di droni acquatici

si è espressa nuovamente con il varo dell’ultimo

nato.

Il nuovo prodotto è concepito sia per gli operatori tradizionali

del rilievo batimetrico che per professionisti

del rilievo topografico terrestre che si affacciano al

mondo dell’idrografia e sono in cerca di una soluzione

chiavi in mano con un occhio al portafoglio.

La proposta di aerRobotix include oltre al natante anche

un ecoscandaglio professionale allo stato dell’arte,

perfettamente integrato nello scafo e interfacciabile

con GPS di qualunque produttore ed il software idrografico

per l’acquisizione e la restituzione del rilievo.

L’architettura di trasmissione dei dati consente di visualizzare

a terra l’avanzamento del rilievo, utilizzando

qualsiasi dispositivo dotato di WIFI.

Il natante è ideato per essere estremamente stabile in

acqua ferma, ma è in grado di fronteggiare corrente

anche sostenuta in fiumi, canali e torrenti, risultando

adatto ad effettuare, in aggiunta al classico rilievo

batimetrico e monitoraggio ambientale, anche misure

correntometriche su fiumi e canali con profilatori acustici

Doppler.

Naturalmente, come per tutti i prodotti aerRobotix,

la capacità di navigazione autonoma fa parte del pacchetto,

e per gli amanti dell’Open Source è anche disponibile

una versione del natante equipaggiata col popolare

autopilota PIXHAWK e compatibile con Mission

Planner ed APM.

Leggero e molto facilmente trasportabile con una normale

autovettura può essere gestito anche da un solo

operatore.

Come gli altri natanti brevettati di aerRobotix presenta

la importante peculiarità di una propulsione elettrica

basata su ventola aeree. Si tratta di una scelta ben

ponderata e suffragata da numerose esperienze acquisite

negli anni. Infatti gli ambiti in cui tali mezzi sono

chiamati ad operare, quali bacini idroelettrici, cave,

laghi, fiumi e canali, sono caratterizzati dalla frequente

presenza di vegetazione galleggiante, detriti

affioranti e formazioni algali che possono facilmente

intrappolare le eliche marine, costringendo non solo

all’ interruzione del rilievo, ma esponendo al rischio di

perdere il natante e la strumentazione istallata.

www.aerrobotix.it

ECCO COME LA STAMPA 3D

RIPORTA IN VITA LE ANTI-

CHITÀ

Le potenzialità della stampa

3D si applicano con successo

in Italia ad un nuovo

settore: la Conservazione

dei Beni Culturali. La storia

che vi raccontiamo ha

come protagonista la stampante 3D Formlabs Form

2, una macchina divenuta famosa per l’eccezionale

resa dei dettagli nella produzione di piccole parti.

La storia in questione illustra come la tecnologia

possa essere applicata al restauro di opere d'arte

secolari presenti nei Musei, in modo da permettere

ai visitatori di vederle fisicamente nel loro antico

splendore e non solo immaginarle.

Mattia Mercante è un restauratore di beni culturali

che collabora con molti musei, tra cui l'Istituto Opificio

delle Pietre Dure di Firenze. Recentemente ha

utilizzato strumenti digitali come scanner 3d, software

3D CAD e la stampante 3D Formlabs Form 2 per

restaurare capolavori di scultori e artisti del Rinascimento,

tra cui Michelangelo e Leonardo Da Vinci.

Questa applicazione della stampa 3d nella conservazione

dei beni culturali e artistici ha permesso

al restauratore di poter portare a termine progetti

che altrimenti avrebbe dovuto abbandonare.

“Ho iniziato a servirmi di tecnologie quali la scansione

e la stampa 3D per necessità di tipo pratico,

come la risoluzione di alcune problematiche

nell'ambito della documentazione, valorizzazione

e preservazione del patrimonio culturale. Abbiamo

iniziato a usare scanner 3D per la valutazione di

opere d’arte, successivamente i software di modellazione

digitale sono entrati a far parte del nostro

metodo di lavoro, che ora è stato completato dalla

stampa 3D,” dice Mercante. “Fin dai miei primi

anni di studio, il mio obiettivo è stato dimostrare

come i soggetti coinvolti nel restauro del patrimonio

culturale possono aggiungere in modo diretto

e autonomo al loro metodo di lavoro gli strumenti

digitali oggi disponibili, senza doversi affidare a

servizi professionali esterni.”

Tra i lavori di restauro ultimati con successo da

Mercante troviamo la ricostruzione di dita mancanti

di una scultura funeraria a partire dalla scansione

3d di una mano rotta; la ricreazione di sottili decorazioni

mancanti alla cornice di un reliquiario, la

cui stampa 3d è stata possibile grazie alla resa del

dettaglio della Formlabs Form 2; il completamento

di un intaglio ligneo dell’artista Gringling Gibbons;

la ricostruzione di

conchiglie decorative come

sostituzione delle originali

andate perse in una grotta

artificiale risalente al XVII

Secolo.

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EVENTI

12-15 NOVEMBRE 2018

Visual Heritage CHNT 23

Vienna (Austria)

https://www.chnt.at/

12-15 NOVEMBRE 2018

16th Eurographics

Vienna (Austria)

http://2018.visualheritage.

org/

15-16 NOVEMBRE 2018

The Fair of European

innovators in Cultural

Heritage

Brussels (Belgio)

https://bit.ly/2SQnYOY

15-18 NOVEMBRE 2018

Archeovirtual 2018

Archeologia e digitale: lo

stato dell’arte

Paestum (Italia)

http://www.archeovirtual.it

21-24 NOVEMBRE 2018

15a Conferenza

Internazionale Image and

Research

Girona (Spagna)

http://www.girona.cat/

sgdap/cat/jornades_

properes-ENG.php

29 NOVEMBRE 2018

SmartCommuntiesTech

Torino (Italia)

http://www.

smartcommunitiestech.it/

21-22 GENNAIO 219

ICHTCHP 21st International

Conference on Heritage

Tourism, Cultural Heritage

and Preservation

Amsterdam (Olanda)

https://bit.ly/2qtZzSh

22-24 FEBBRAIO 2019

Tourisma

Firenze (Italia)

http://www.tourisma.it

1-5 SETTEMBRE 2019

27h International CYPA

Simposium

Avila (Spagna)

http://www.cipa2019.org

30 SETTEMBRE – 2 OTTOBRE 2019

Heritage Middle East: securing

the future for the past

Abu Dabi (UAE)

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18-19 NOVEMBRE 2019

21st International

Conference on Digital

Heritage

Londra (Regno Unito)

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