Un robot capace di nuotare come un uccello subacqueo e volare come un volatile potrebbe sembrare il risultato dell’unione di due macchine diverse. Invece, un gruppo di ricercatori del MIT e dell’EPFL ha sviluppato un dispositivo che riesce a fare entrambe le cose utilizzando un unico sistema di ali.
La macchina, del peso di circa 250 grammi, è il primo robot delle dimensioni simili a quelle di un uccello in grado di completare l’intero ciclo di movimento — immersione, nuoto, emersione e volo — sfruttando esclusivamente il battito delle ali, senza eliche, gambe o complessi sistemi meccanici per cambiare modalità.
Un robot ispirato agli uccelli che vivono tra acqua e aria
La natura aveva già trovato una soluzione a questo problema. Circa 100 specie di uccelli, tra cui gabbiani, pulcinella di mare e procellarie, sono infatti in grado di muoversi tra il cielo e l’acqua, immergendosi per catturare prede e tornando rapidamente in volo.
Riprodurre questa capacità con un robot è però estremamente complesso. Il motivo principale è la grande differenza tra i due ambienti: l’acqua è circa 800 volte più densa dell’aria, creando una variazione improvvisa nella resistenza che una macchina deve affrontare.
Il progetto del MIT e dell’EPFL si basa su due elementi fondamentali: ali flessibili e una gestione precisa della velocità di movimento. Quando il robot è sott’acqua, le ali possono piegarsi passivamente fino al 90%, riducendo lo sforzo richiesto al motore e diminuendo l’ampiezza effettiva del movimento.
Durante il volo, invece, le ali possono raggiungere una frequenza di battito fino a 11 Hz, mentre in immersione il movimento rallenta tra 0,1 e 6 Hz.
La sfida più difficile: uscire dall’acqua e tornare a volare
Nuotare e volare rappresentano solo una parte della sfida. Il vero ostacolo per un robot di queste dimensioni è il momento della transizione dall’acqua all’aria.
Per riuscire a decollare, la macchina deve spingersi fuori dall’acqua usando solamente le ali, senza poter contare su eliche o zampe. Il robot riesce a completare questa fase in meno di un secondo, con una sequenza di 8-10 battiti d’ala, ma soltanto quando vengono rispettate condizioni molto precise.
La rigidità delle ali deve trovarsi in un punto intermedio: troppo rigide impedirebbero il movimento efficace, mentre troppo morbide ridurrebbero la spinta. Anche la posizione della coda è fondamentale: deve essere corta e vicina al corpo.
L’angolo di uscita dall’acqua deve inoltre essere vicino ai 70 gradi. Un’angolazione troppo piatta farebbe aumentare la resistenza della coda, mentre una troppo verticale rischierebbe di far perdere equilibrio al robot.
Un modello per studiare anche il comportamento degli uccelli reali
Oltre all’aspetto tecnologico, il robot rappresenta anche uno strumento per analizzare meglio il comportamento degli uccelli capaci di immergersi.
I ricercatori ipotizzano che la riduzione dell’apertura alare durante il nuoto da parte di alcune specie possa servire soprattutto per aumentare la velocità, più che per risparmiare energia. Un aspetto difficile da verificare sugli animali, ma più semplice da studiare attraverso un modello robotico.
Il team ha inoltre osservato che il robot e gli uccelli reali sembrano operare in un intervallo simile di efficienza aerodinamica, misurato attraverso il cosiddetto numero di Strouhal, compreso tra 0,2 e 0,4.
Secondo i dati raccolti, quando il percorso supera circa 15,5 metri, volare diventa più efficiente dal punto di vista energetico rispetto al nuoto. In pratica, il robot preferirebbe uscire dall’acqua, volare fino alla destinazione e poi immergersi nuovamente.
Un drone anfibio economico per monitorare mari e coste
Al momento il sistema non è ancora completamente autonomo. I test sono stati effettuati con lanci manuali e con semplici sistemi basati su timer o attivazioni programmate.
I prossimi obiettivi dei ricercatori riguardano lo sviluppo della navigazione autonoma, il miglioramento delle prestazioni in acqua salata e l’aumento dell’autonomia operativa.
Le possibili applicazioni riguardano soprattutto il monitoraggio ambientale, con un futuro utilizzo per raccogliere dati e campioni in laghi, fiumi, coste ed ecosistemi marini.
Un altro elemento interessante riguarda il costo: il robot utilizza componenti facilmente reperibili e richiede circa 300 dollari di materiali. Il team ha inoltre pubblicato i file CAD del progetto, permettendo anche a chi possiede una stampante 3D di realizzare una propria versione.
Come spiegato da Raphael Zufferey, professore associato di ingegneria meccanica al MIT, la visione futura è quella di un robot che possa essere lanciato da una barca o dalla costa, raggiungere aree di interesse come iceberg, porti o zone marine con fauna, immergersi per raccogliere informazioni e poi tornare in volo per trasmettere i dati.
Fonte: New Atlas
