Rivoluzione guizzante

Nelle strutture destinate a muoversi in acqua, ci sono due fattori che devono essere considerati: la solidità e la dinamicità nel movimento. Per progettarle, quindi, nasce l’idea di prendere spunto dai pesci.

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Robot subacqueo che imita i pesci

Gli aquabot sono robot subacquei pensati per svolgere determinati compiti: occuparsi di monitorare i livelli di inquinamento del mare, effettuare specifiche ricerche o, ancora, mappare i fondali marini e oceanici.
Proprio con questi obiettivi il MIT – Massachusetts Institute of Technology – progettò nel 1994 RoboTuna, un robot composto da circa tremila parti differenti e modellato sulla conformazione del tonno rosso. Il progetto di allora, che richiese due anni di lavoro, prevedeva di creare un prototipo di veicoli sottomarini autonomi, o AUV (autonomous underwater vehicle), che avesse un migliore sistema di propulsione. L’obiettivo era la realizzazione di robot capaci di nuotare in maniera più efficiente ed efficace, imitando il movimento dei pesci.
Si arrivò, quindi, alla realizzazione di uno scafo deformabile in grado di modificare in modo dinamico la propria forma e che nel contempo riuscisse a mantenere un profilo liscio per creare meno resistenza in acqua; a questo scopo RoboTuna fu rivestito di lycra.

Il robot subacqueo con una struttura morbida e modulare

Il problema di quel primo – per quanto interessante – progetto era però la difficoltà di realizzare e rendere il robot facilmente riproducibile in scala. Proprio da quel progetto di quasi trent’anni fa sono ripartiti i ricercatori dell’ateneo americano, che hanno creato un nuovo modello di aquabot morbido e, soprattutto, modulare.
I moduli, in pratica, sono singoli voxel − termine con il quale si indica il più piccolo elemento di un oggetto 3D −, strutture cave realizzate in plastica colata che con la loro conformazione a reticolo compongono l’intero sistema. Costituiscono pertanto l’oggetto base di uno scheletro che può avere forme più o meno complesse e di dimensioni potenzialmente infinite, senza però perdere le due più importanti caratteristiche:

• la robustezza
• la bassa densità

I nuovi robot sottomarini possono essere di svariate forme e sono deformabili, grazie al ricorso a queste strutture di base semplici e ripetute. Non più componenti unici come in passato, dunque, ma moduli che possono essere facilmente assemblati in un’infinità di modi e numeri, ovvero riproducibili in scala, facilmente e rapidamente.

Il robot nuota meglio e consuma meno

La struttura portante risulterà solida, ma l’intero sistema reticolare sarà nel contempo anche molto flessibile, permettendo al robot subacqueo di avere un migliore controllo del flusso dell’acqua e di ridurne così la resistenza. Questo si traduce in movimenti più fluidi e in una maggiore efficienza della propulsione, con conseguente notevole risparmio del carburante o, comunque, dell’energia utilizzata per farlo muovere.
I ricercatori del MIT hanno testato due diverse forme di aquabot costituiti da questi singoli moduli cavi: il robot serpente e il robot aliscafo.

Nel primo caso, i voxel sono stati uniti l’uno all’altro in una fila lunga un metro, formando una struttura simile a un serpente. Il corpo è composto da quattro segmenti, ciascuno costituito a propria volta da cinque voxel. Al centro è stato collocato un attuatore che muove un filo attaccato ai voxel posti su entrambi i lati, facendo contrarre il corpo del serpente e determinandone così il movimento in acqua. L’impermeabilizzazione, poi, è assicurata da una pelle in gomma aderente alla struttura.

Diversa invece la conformazione dell’altro dispositivo provato dal gruppo del MIT, che ha voluto testare la forma di un piccolo aliscafo. Gli stessi moduli sono stati disposti diversamente ma in modo da poter cambiare la forma del profilo del robot e governarne così il movimento, che è simile a quello di un pesce.
In questo caso, spiegano i ricercatori, hanno ricoperto la superficie della piccola ala con piastrelle sovrapposte che, proprio come le squame di un pesce, premendo le une contro le altre, garantiscono la tenuta impermeabile del robot anche durante il movimento.

Gli impieghi dei robot subacquei modulari

La robotica cambia aspetto e destinazione. La variabilità della forma e della dimensione, che questi robot subacquei possono avere, è tale da renderli impiegabili per diversi scopi: dalla ricerca sui fondali al monitoraggio dell’inquinamento delle acque, dalla generazione di energia sfruttando il movimento delle onde, al miglioramento dell’efficienza degli scafi di navi e sottomarini, permettendo una riduzione nel consumo di carburante e anche nell’emissione di rumore.
Soprattutto, a differenza del progetto RoboTuna da cui al MIT erano partiti e per il quale erano occorsi due anni di lavoro, questi nuovi aquabot possono essere assemblati in pochi giorni. Una differenza non da poco.

La ricerca è stato pubblicata sulla rivista Soft Robotics.

Musica: “Sapore di sale” – Gino Paoli
Foto in copertina: MIT – per gentile concessione dei ricercatori

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