In uno studio pionieristico pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, un team che include il professor Stanislav N. Gorb dell'Istituto di Zoologia dell'Università di Kiel e ricercatori cinesi presenta un nuovo robot ispirato alla cavalletta cinese del riso, Oxya chinensis. Grazie a questa innovazione robotica, sarà in grado di eseguire acrobazie acquatiche come nuotare e saltare su specchi d'acqua, imitando le capacità naturali di una cavalletta. Questo adattamento al robot serpente può essere considerato uno dei grandi progressi della robotica avanzata, poiché ha un potenziale di utilizzo su terreni diversi.
Rivoluzionare la robotica con il design della natura
È proprio questo che un gruppo di biologi, scienziati dei materiali e specialisti in bionica vuole scoprire: da tempo traggono ispirazione dalle straordinarie capacità degli animali per potenziali applicazioni in ambito tecnologico.
I loro lavori precedenti: bracci robotici ispirati agli insetti e una pellicola adesiva, un po' come le appendici appiccicose e multi-zampe di insetti, ragni e gechi. Il loro ultimo sforzo è un tentativo di approfondire un'area poco studiata: la peculiare locomozione in acqua della cavalletta cinese del riso.
L'esperimento ha studiato il movimento della cavalletta utilizzando 15 cavallette in una vasca di vetro riempita d'acqua. Gli scienziati hanno utilizzato telecamere ad alta velocità per descrivere queste acrobazie acquatiche, osservando e registrando i meccanismi di 48 salti e 54 tentativi di nuoto della cavalletta.
La scienza dietro il salto
La chiave delle straordinarie capacità delle cavallette risiede nella combinazione di forze statiche e dinamiche. Lo studio ha scoperto che quantità uguali di pressione idrostatica sostengono il loro peso corporeo in base alla massa, mentre il movimento idrodinamico del corpo è supportato dalle interazioni che avvengono tra le estremità apicali dei loro arti e l'acqua. Questo duplice meccanismo consente alle cavallette di nuotare o saltare fuori dall'acqua senza soluzione di continuità, dimostrando una sinergia tra galleggiamento e propulsione senza pari nella progettazione robotica.
Una nuova strategia di guida per la robotica
La maggior parte di questi modelli robotici tradizionali si è concentrata sulla tensione superficiale o sull'arto dinamico per la locomozione acquatica, ognuno con i suoi punti deboli. Dei due modelli, il movimento basato sulla tensione superficiale richiede superfici superidrofobiche difficili da replicare in robot di grandi dimensioni. L'elevato consumo energetico è una caratteristica del secondo modello, ovvero la dinamica degli arti. La cavalletta cinese del riso lo fa in un modo innovativo: combina l'uso di forze idrostatiche statiche per il supporto del peso e utilizza movimenti dinamici per la propulsione.
Gjson e il suo team hanno preso spunto da questo modello naturale per ideare un robot che imita la locomozione acquatica di una cavalletta. Il design dei robot li rende molto efficaci nel nuotare e saltare sulla superficie dell'acqua, con un'operazione che sfrutta il controllo della velocità degli arti. Questa svolta potrebbe dare vita a un genere completamente nuovo di robotica per la navigazione in ambienti complessi, dalle operazioni di soccorso in habitat saturi d'acqua al monitoraggio ambientale dei sistemi fluviali del nostro pianeta.
Implicazioni e direzioni future
Ciò svela un potenziale inesplorato nel campo della robotica bioispirata e apre nuove strade all'innovazione tecnologica. Queste capacità di imitazione della locomozione acquatica in forma robotica cambierebbero davvero il modo in cui concepiamo il design e la funzionalità della robotica, dando vita a macchine più versatili e a basso consumo energetico.
Mentre il team continua a perfezionare il prototipo, le possibilità di applicazione sono vaste. Il suo impatto spazia dal miglioramento delle missioni di ricerca e soccorso in terreni difficili al contributo alla scoperta di nuovi segreti sulla vita acquatica. In questo senso, mostra un'anteprima di ciò che riserva il futuro alla robotica ispirata alla natura. In generale, la collaborazione del team del Professor Stanisław N. Gorb con un gruppo di ricercatori cinesi ha portato alla creazione di un robot bioispirato molto interessante, in grado di compiere stupefacenti acrobazie acquatiche. Questa tecnologia porta la robotica a un livello superiore, ispirandosi ai movimenti chimico-fisici dell'ingegnosa locomozione della cavalletta del riso cinese e aggiungendovi un valore estetico.
