Un team di ricercatori sta elaborando una rete di robot autonomi e interconnessi che possano lavorare insieme per navigare nell’oscurità profonda dell’oceano. L’affascinante progetto si chiama Pleobot, ed è un modello di robot ispirato ai krill, una specie di organismi marini invertebrati che vivono in tutti gli oceani del mondo. Questi robot offriranno potenziali soluzioni per la locomozione sottomarina e l’esplorazione oceanica e non solo sulla Terra: il loro utilizzo potrà essere impiegato anche in ogni massa d’acqua del sistema solare.
L’iniziativa è una collaborazione tra i ricercatori della Brown University nel laboratorio del professore di ingegneria Monica Martinez Wilhelmus e gli scienziati del laboratorio di Francisco Cuenca-Jimenez presso l’Universidad Nacional Autónoma de México. Il lavoro è inoltre reso possibile in parte da un finanziamento della NASA Rhode Island EPSCoR Seed.
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Un robot…crostaceo
Il nuovo robot è stato presentato in uno studio pubblicato su Scientific Reports.
Per adesso, il design del Pleobot ha ancora diverse variabili e non c’è un prototipo definitivo, ma è a un inizio promettente. Senza dubbio, sarà una tipologia di robot di dimensioni ridotte e altamente manovrabile, costituito da tre sezioni articolate che replicano un modello di nuoto tipico dei krill e di altri crostacei, chiamato nuoto metacronale. I krill sono caratterizzati da una maestria impressionante nell’accelerare, frenare e girare. Il loro segreto sembra risiedere nell’uso delle zampe, ed proprio nell’emulazione di queste ultime e della loro interazioni fluido-struttura il cuore del progetto.
Pleobot è composto da tre sezioni articolate che replicano la loro struttura corporea.
I due segmenti delle zampe sono controllabili attivamente dai ricercatori, mentre sulle pinne il controllo può essere esclusivamente passivo.
È il primo modello di design che riproduce il movimento di apertura e chiusura di queste pinne. La costruzione della prima ‘piattaforma’ è stato un progetto pluriennale, che ha coinvolto un team multidisciplinare di meccanica dei fluidi, biologia e meccatronica.
Il primo modello di Pleobot che il team è riuscito a costruire è circa dieci volte più grande dei krill, che di solito hanno le dimensioni di una graffetta. Il robot è costituito principalmente da parti stampabili in 3D e il design è ad accesso aperto, consentendo ad altri team di utilizzarlo per rispondere a domande sul nuoto metacronale. Il team stesso sta lavorando per integrare nel robot caratteristiche morfologiche proprie dei gamberi, come la flessibilità e le setole intorno alle appendici.
Due obiettivi paralleli
Il lavoro sui prototipi di Pleobot permette il perseguimento di due risultati paralleli: la sfida di progettare un robot efficiente si accompagna infatti alla necessità di compiere lo studio sui krill più approfondito che sia mai stato fatto.
“Conosciamo i meccanismi che usano per nuotare efficientemente – ha detto Nils Tack, associato post-dottorato nel laboratorio Wilhelmus -, ma non abbiamo dati completi. Abbiamo costruito e programmato un robot che riproduce precisamente i movimenti essenziali delle zampe per produrre movimenti specifici e cambiare la forma delle appendici. Ciò ci consente di studiare diverse configurazioni per effettuare misurazioni e confronti altrimenti impossibili con animali vivi“.
“Pleobot ci offre una risoluzione e un controllo senza precedenti per indagare tutti gli aspetti del nuoto dei krill – ha aggiunto Sara Oliveira Santos, candidata al dottorato presso la Scuola di Ingegneria di Brown – Sperimentare con gli organismi è difficile e imprevedibile”.
Imitare uno sciame autonomo
L’altro aspetto di grande interesse è lo studio dello sciame, che ha più a che fare con un aspetto ‘comportamentale’ che tecnico. Le aggregazioni di krill ne sono un eccellente esempio: con il loro corpo affusolato, percorrono insieme fino a un chilometro senza fermarsi in entrambe le direzioni, con un’eccellente manovrabilità sott’acqua.
In queste formazioni fanno cose straordinarie; si coordinano ad esempio per compiere delle specie di migrazioni verticali collettive di oltre mille metri: è come se impilassero tre Empire State Building per due volte al giorno.
Secondo lo studio, Pleobot può fare da apripista per l’inizio di una nuova generazione di robot che, costruiti su ispirazione delle creature marine, possano integrare 100 milioni di anni di evoluzione per la navigazione oceanica e possano in totale autonomia comportarsi esattamente come loro. E’ un esempio perfetto di grande lavoro di design ingegneristico messo al servizio di una forma di intelligenza artificiale.
I ricercatori sostengono che, in futuro, sistemi di robot strutturati a sciame potranno essere utilizzati non solo per mappare gli oceani terrestri e non, ma anche per partecipare a missioni di ricerca e recupero.
