Come natura crea

Dalla frontiera della tecnologia bioispirata arrivano i droni che imitano l’abilità del volo dei rapaci e le tecniche di ribaltamento delle tartarughe. Nei laboratori dell’EPFL di Losanna e della startup Flybotix nascono le idee per il volo che imitano la natura.
“Le quattro stagioni” – Estate di Antonio Vivaldi
Foto di copertina: EPFL – Alain Herzog

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Sin dagli albori della propria storia il genere umano ha osservato la natura, cercato di capirne i segreti e provato a imitarla, non sempre riuscendo a replicare ciò che vedeva intorno a sé.
Un’abitudine che la scienza e la tecnica hanno mantenuto.

I droni con le ali

L’abitudine di imitare le meraviglie di madre natura è un vezzo della scienza che nel corso dei secoli ha portato a raggiungere anche memorabili vette – come quelle di un illustre signore toscano vissuto a cavallo tra quattro e cinquecento – e che fortunatamente accompagna ancora alcune idee dei giorni nostri.
Senza voler scomodare la genialità di Leonardo da Vinci, è utile ricordare che tra la miriade di studi da lui condotti ci furono anche quelli sul volo ed è proprio questo il tema di questa puntata. Nello specifico si parla di una tecnologia che si sta diffondendo per impieghi sempre più ampi: i droni.
Per capire di cosa si tratta dobbiamo andare in Svizzera all’EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne), il Politecnico Federale di Losanna, dove un team di scienziati del Laboratorio Intelligent Systems, con a capo Dario Floreano, ha progettato un drone a forma di uccello – la ricerca è stata pubblicata su Science Robotics.
Non un volatile qualsiasi bensì un astore, un rapace particolarmente veloce e abile nel volo. A interessare il gruppo di scienziati è stata la sua capacità di muovere contemporaneamente ali e coda, gestire in rapidità e al meglio la tecnica di volo. Dopo averne studiato la conformazione e il funzionamento le hanno riportate nel progetto del loro drone.
L’idea del volatile meccanico – che differisce quindi dai modelli tradizionali di droni – era già allo studio del gruppo dal 2016, quando gli scienziati disegnarono un drone ispirato agli uccelli dotato della tecnologia conosciuta come morphing wing ovvero “ala morphing” che, tra l’altro, è studiata con grande interesse in campo aerospaziale.

La tecnologia morphing wing

Il concetto di “ala morphing”, cioè di un ala che si modifica e si adatta, si basa sul funzionamento delle ali in natura, quindi della loro capacità di aprirsi e chiudersi, di piegarsi a seconda del movimento necessario da effettuare in volo o nelle fasi di decollo e atterraggio.
La struttura biologica dell’ala e della coda del rapace è stata studiata nei dettagli e imitata altrettanto accuratamente, tanto che gli scienziati hanno aggiunto al nuovo modello del loro drone delle piume artificiali.
Il risultato è stata una maggiore agilità nel volo, con ali e coda che adattano la propria forma e posizione a seconda della necessità e che si muovono in sinergia. Il tutto ottenendo una migliore aerodinamica e migliorando l’agilità del drone, proprio come il rapace a cui si ispira.
La differenza con l’astore è data dalla spinta in avanti − che nel drone è assicurata da un’elica − proprio come negli aeroplani, e questo rende la nuova struttura adattabile a questi ultimi.
Il prossimo passo, spiegano i ricercatori, sarà rendere il drone capace di volare in maniera semi automatica, grazie all’impiego dell’intelligenza artificiale.

Droni tartaruga come elicotteri

Gli ingegneri di Flybotix, una startup dell’ateneo svizzero, hanno pensato invece di applicare a un modello di drone le tecniche di movimento di un altro animale: la tartaruga.
Se l’agilità in volo era l’obiettivo del modello con le ali, quest’altro progetto punta a realizzare un drone capace di cavarsela in ogni situazione.
Si tratta di un velivolo con sistema di propulsione a doppia elica e stabilizzazione garantita dal ricorso ad algoritmi, soluzioni che gli permettono di essere più leggero e silenzioso, rispetto ai modelli tradizionali, e di raggiungere tempistiche di volo raddoppiate.

Proprio la tipologia di propulsione – che riprende quella degli elicotteri – ha permesso agli ingegneri di rendere il volo più efficiente, anche grazie al motore ultrapiatto, un progetto realizzato su misura in collaborazione con l’azienda Maxon.
Il nuovo motore piatto non solo alleggerisce il peso del drone, ma permette anche di lasciare più spazio tra le eliche.

Una gabbia per non ribaltarsi

Altra caratteristica del velivolo di Flybotix è il sistema a gabbia – brevetto della startup – che gli consente di raddrizzarsi quando si capovolge, proprio come una tartaruga che cade sul guscio. Una sorta di sistema antiribaltamento che, tra l’altro, lo protegge anche in caso debba volare tra ostacoli.
Questa caratteristica e la capacità di volo rendono il nuovo drone ideale per essere utilizzato anche in luoghi impervi e pericolosi, impiego per cui è stato progettato.
Il prototipo del modello fu presentato per la prima volta a metà del 2019 per poi essere migliorato ulteriormente con l’aggiunta del nuovo motore ultrapiatto. Ora si attende l’inizio del 2021 per l’uscita del modello definitivo.

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