Perché gli ingegneri stanno studiando le libellule per costruire la prossima generazione di droni

La natura è un esperto risolutore di problemi. Dopotutto, ha avuto miliardi di anni di iterazione evolutiva per capire (in modo indiretto) cosa funziona e cosa no. Per questo motivo, i ricercatori spesso cercano risposte al mondo naturale , anche quando stanno risolvendo un problema che, tecnologicamente, potrebbe essere piuttosto nuovo.

Questo è ciò che i ricercatori dell’Imperial College di Londra del Regno Unito hanno sfruttato durante un recente progetto inteso a trovare nuovi modi per costruire piccoli veicoli aerei come i droni. In particolare, volevano sapere come poter realizzare meglio robot volanti in grado di eseguire azioni come correggere il loro volo quando vengono portati fuori rotta. Quale modo migliore per farlo se non studiando l’umile libellula?

“Le libellule fanno parte di un gruppo, chiamato i paleoptera, che furono tra i primi a separarsi quando gli insetti si sono evoluti in volo alcune centinaia di milioni di anni fa”, ha detto a Digital Trends Sam Fabian , un ricercatore post-dottorato associato nel dipartimento di bioingegneria del college. “Non sono rimasti del tutto invariati in quel periodo, ma il loro piano a quattro ali e corpo lungo è generalmente coerente e sembra averli serviti bene. Le libellule sono insetti relativamente grandi e sono tutti predatori aerei da adulti, che richiedono loro di inseguire e intercettare la preda, superando in astuzia quando necessario. Il risultato di questa pressione evolutiva è [che] stiamo guardando una macchina di volo finemente sintonizzata che ha molto da insegnarci “.

Segreti della libellula

Gli entomologi studiano gli insetti da molti anni. Ma ciò che offre agli investigatori un netto vantaggio quando lo fanno nel 2021 sono gli strumenti che sono disponibili per aiutarli. In questo studio, i ricercatori imperiali volevano raccogliere informazioni dettagliate sul modo in cui le libellule eseguono un movimento chiamato “beccheggio”, una sorta di capovolgimento all’indietro, per raddrizzarsi in aria.

Per ottenere ciò, hanno dotato 20 libellule darter di minuscoli magneti e punti di rilevamento del movimento in modo che potessero catturare, in 3D, informazioni dettagliate sul modo in cui le libellule eseguono questo agile pezzo di acrobazie. Hanno anche utilizzato telecamere ad alta velocità per documentare le mosse.

Hanno scoperto che la forma delle libellule è la chiave del loro atletismo. In effetti, la loro forma è tale che le libellule si ribaltano persino per raddrizzarsi a mezz’aria quando vengono rese incoscienti e poi lasciate cadere. Sarebbe come se un drone perdesse potenza e trovasse ancora un modo per correggere il suo corso.

“Tendiamo a pensare a libellule e altri insetti che devono lavorare costantemente per mantenere l’equilibrio durante il volo, elaborando tutti i tipi di informazioni [come] la visione”, ha detto Fabian. “Ciò è in parte dovuto alle loro dimensioni ridotte, il che significa che l’aria è più densa per loro e aumenta la manovrabilità, ma rende anche più difficile fare cose come planare. Le libellule sembrano essere proprio al limite di questo effetto, essendo insetti relativamente grandi, in grado di utilizzare meccanismi passivi per planare e raddrizzarsi, ma comunque in grado di librarsi ed eseguire impressionanti imprese di manovrabilità. Questo è il tipo di cose che potremmo voler integrare nei futuri progetti robotici, in modo che siano in grado di utilizzare meccanismi di stabilità passiva per essere più robusti e utilizzare meno informazioni sensoriali, ma anche in grado di eseguire grandi imprese se necessario. ”

Costruire robot migliori

I ricercatori non sono ancora passati alla fase di costruzione di una libellula robotica del progetto. Ma indipendentemente dal fatto che sia sulla loro mappa stradale, ricerche come questa – che sarebbero state molto più difficili solo pochi anni fa – potrebbero aiutare a definire la forma dei robot volanti di domani.

“La principale applicazione potenziale delle intuizioni del nostro lavoro sarebbe la riduzione dello sforzo computazionale e dell’energia che i piccoli veicoli volanti avrebbero bisogno di impiegare per mantenere la stabilità”, ha detto Fabian. “Se riusciamo a costruire meccanismi passivi che consentono stabilità e elevata manovrabilità, in base alla postura, possiamo migliorare notevolmente le loro capacità e la gamma di comportamenti che ci aspettiamo da loro”.

Un documento che descrive il lavoro è stato recentemente pubblicato sulla rivista Proceedings of the Royal Society B.