Robot ispirati alle meduse e ai calamari per controllare gli ambienti marini più fragili (VIDEO)

Un robot marino morbido che riproduce il nuoto delle meduse Aurelia aurita

[15 Febbraio 2021]

Nello studio “A resonant squid-inspired robot unlocks biological propulsive efficiency”, pubblicato recentemente su Science Robotics da Thierry Bujard, Francesco Giorgio-Serchi e Gabriel Weymouth dell’università di Southampton spiegano come hanno sviluppato un robot subacqueo flessibile «che può spingersi nell’acqua nello stesso stile del nuotatore più efficiente in  natura: la medusa Aurelia aurita». Per confrontare l’efficienza delle specie, i biologi utilizzano il “costo del trasporto” (il rapporto tra potenza, velocità e peso) e, secondo questa misura, la medusa è l’animale più efficiente in natura, battendo facilmente animali che corrono e volano e i pesci ossei.

I ricercatori dicono che i risultati dello studio  dimostrano che «Il nuovo robot subacqueo può nuotare con la stessa rapidità ed efficienza dei calamari e delle meduse che ne hanno ispirato il design, sbloccando potenzialmente nuove possibilità per l’esplorazione subacquea con il suo design leggero e l’esterno morbido».

Giorgio-Serchi, che insegna anche alla School of engineering dell’università di Edimburgo, ha sottolineato che «Il fascino per organismi come calamari, meduse e polpi è cresciuto enormemente perché sono piuttosto unici in quanto la mancanza di una struttura scheletrica di supporto non impedisce loro di compiere eccezionali attività di nuoto».

Il nuovo robot è stato sviluppato all’università di Southampton ed è robot subacqueo a dimostrare i vantaggi dell’utilizzo della risonanza per la propulsione subacquea. I ricercatori spiegano che «La risonanza si riferisce a grandi vibrazioni che si verificano quando si applica una forza alla frequenza ideale, come spingere un bambino su un’altalena. Questo consente al robot di utilizzare pochissima energia ma di generare grandi getti d’acqua per spingersi in avanti».

Il meccanismo utilizzato, semplice ma efficace, consiste in una membrana di gomma che racchiude 8 nervature flessibili stampate in 3D (come i tentacoli di un polpo o di un calamaro), che insieme però formano una “campana propulsiva”. Un piccolo pistone nella metà superiore del robot colpisce ripetutamente questa campana in modo che si espanda e si richiuda, imitando il movimento di una medusa e producendo i getti di fluido per spingere il robot nell’acqua. »Quando il pistone funziona con la frequenza corretta – la risonanza naturale per i componenti – il robot può spostarsi quanto la lunghezza del corpo al secondo e eguagliare l’efficienza della medusa Aurella aurita».  Precisano all’università di Southampton.

Gli ultimi test mostrano che il nuovo robot è da 10 a 50 volte più efficiente dei piccoli veicoli subacquei alimentati da eliche. Questa maggiore efficienza, combinata con i vantaggi aggiuntivi dell’esterno morbido e flessibile del robot, il che lo renderebbe ideale per operare in ambienti sensibili come una barriera corallina, siti archeologici o anche in acque affollate di nuotatori.

Bujard, che sta facendo un master in architettura navale all’università di Southampton, ha progettato e costruito il robot in pochi mesi e ha sottolineato che «I precedenti tentativi di spingere robot sottomarini con sistemi a getto comportavano la spinta dell’acqua attraverso un tubo rigido, ma volevamo andare oltre, quindi abbiamo introdotto elasticità e risonanza per imitare la biologia. Sono rimasto davvero sorpreso dai risultati, ero fiducioso che il design avrebbe funzionato ma l’efficienza del robot è stata molto maggiore di quanto mi aspettassi».

Weymouth, della facoltà di ingegneria dell’università di Southampton, che ha supervisionato il progetto, conclude: «La cosa grandiosa dell’utilizzo della risonanza è che, con una quantità di energia molto ridotta, possiamo ottenere grandi vibrazioni della campana propulsiva; abbiamo solo bisogno di sfiorarlo e lasciare che l’elasticità e l’inerzia facciano il resto. Questo ci ha permesso di sbloccare l’efficienza della propulsione utilizzata dalle creature marine che usano i getti per nuotare. L’ultimo decennio ha visto un’impennata nella ricerca sui robot flessibili e di ispirazione biologica, come “Big Dog” di Boston Dynamic, perché possono essere molto più versatili dei robot industriali standard. Questa ricerca dimostra che questi concetti possono essere applicati anche alla robotica subacquea. Ci sono ancora molte sfide e possibilità entusiasmanti da esplorare con le soft underwater robotic technologies. Ora stiamo cercando di estendere il concetto alla base di questo robot a un veicolo subacqueo completamente manovrabile e autonomo in grado di rilevare e navigare nel suo ambiente».

Videogallery

  • Robot Jellyfish | The Future of Underwater Exploration?

  • Squid Inspired Robot CAD design side view

  • University of Southampton - Squid inspired robot