Le abilità di atterraggio di emergenza dei gechi potrebbero essere utilizzate nella robotica
I ricercatori dell’Università della California, Berkeley e del Max Planck Institute for Intelligent Systems di Stoccarda, in Germania, hanno dimostrato come i gechi usano la coda per manovrare a mezz’aria. Questa capacità consente loro di correggersi quando cadono dopo aver perso la presa e può anche aiutarli a spingersi sulla superficie di uno stagno.
I risultati saranno pubblicati questa settimana sulla rivista Nature Communications Biology .
Queste tecniche sono molto utili nella robotica e sono già state implementate in robot simili a gechi.
Risultati sorprendenti sui gechi
Robert Full è un professore di biologia integrativa dell’Università di Berkeley e Adria Jusufi è un membro della facoltà presso la Max Planck Research School for Intelligent Systems ed ex studente di dottorato dell’Università di Berkeley. I due hanno fatto una nuova scoperta importante e sorprendente che i gechi usano anche la coda per aiutare a riprendersi quando colpiscono un albero con la testa.
Gli incidenti con la testa sono abbastanza comuni tra i gechi e Jusufi lo ha documentato con videocamere ad alta velocità.
“Osservare i gechi dall’alto nella volta della foresta pluviale è stato illuminante. Prima del decollo, muovevano la testa su e giù e da un lato all’altro per visualizzare il bersaglio di atterraggio prima di saltare, come per stimare la distanza di viaggio”, ha detto Jusufi.
I video mostrano che il geco, in questo caso il comune geco domestico asiatico dalla coda piatta, afferra il tronco con le sue dita artigliate e imbottite quando si scontra frontalmente con l’albero. Questo aiuta la testa e le spalle a rimbalzare e il geco ha una leva per premere la coda contro il tronco, che gli impedisce di cadere all’indietro.
“Lungi dallo stallo, alcune di queste lucertole stanno ancora accelerando al momento dell’impatto”, ha detto Jusufi. “Si schiantano a testa in giù, si lanciano all’indietro a testa in giù con un angolo estremo rispetto alla verticale – sembrano un leggio che si stacca dall’albero – ancorati solo dalle zampe posteriori e dalla coda mentre dissipano l’energia dell’impatto. Con il riflesso anticaduta che si verifica così velocemente, solo il video al rallentatore potrebbe rivelare il meccanismo sottostante.
Secondo gli scienziati, anche altri animali piccoli e leggeri come le lucertole potrebbero usare queste tecniche.
“Possono avere planate più lunghe che sono più planate di equilibrio e atterrano in modo diverso, ma, ad esempio, se stanno cercando di scappare, scelgono di fare questo tipo di comportamento, in parte perché le dimensioni contano”, ha detto Full. “Quando sei così piccolo, hai opzioni che non sono soluzioni per grandi cose. Quindi, questa è una specie di soluzione mediata dal corpo che non hai se sei più grande”.
Strutture simili a code di geco potrebbero essere utilizzate per aiutare a stabilizzare i robot volanti come i droni, aiutandoli ad atterrare su superfici verticali.
I ricercatori sono i primi a documentare, modellare matematicamente e riprodurre questo comportamento in un robot morbido.
“Gli exaptations sono strutture che sono state cooptate per molti comportamenti, non importa per cosa quella struttura si è evoluta in origine, ed eccone uno che non ti aspetteresti”, ha detto Full. “Puoi vedere come quell’incredibile capacità di essere robusti possa consentire questi exaptations.”
“Fino a poco tempo fa le code non avevano ricevuto la stessa attenzione delle zampe o delle ali, ma ora le persone si stanno rendendo conto che dovremmo pensare a questi animali come a cinque zampe, in un certo senso, pentapedali”, ha detto Jusufi.
Secondo Full, gli ingegneri robotici stanno aggiungendo sempre più funzioni ai robot e stanno imparando che possono introdurre una nuova parte per ogni capacità.
“Mentre evolviamo i nostri robot e sistemi fisici, tutti gli ingegneri vogliono fare più cose. E indovina cosa? Ad un certo punto, non puoi ottimizzare un robot per tutto”, ha detto. “Devi usare le cose per altri comportamenti al fine di ottenere quei comportamenti”.
Le code stabilizzano Atterraggio di gechi plananti che si schiantano a testa in giù contro i tronchi d’albero
Costruire il Robot
I ricercatori hanno costruito un robot dalla coda dopo aver creato le sue parti con Carbon M2, una stampante 3D all’avanguardia specificamente progettata per strutture morbide. I piedi erano dotati di velcro in modo che potesse aderire al contatto e la coda aveva un meccanismo che la faceva premere verso il basso quando le zampe anteriori colpivano una superficie e scivolavano.
Il robot dalla coda ha dimostrato un successo simile durante gli atterraggi duri. In natura, i gechi con la coda atterrano con successo su superfici verticali senza cadere l’87% delle volte. I robot senza coda hanno dimostrato una capacità di atterrare con successo il 15% delle volte nelle prove, ma il nuovo robot con coda è stato in grado di atterrare il 55% delle volte nelle prove.
I ricercatori hanno anche scoperto che i robot con la coda della metà della lunghezza della testa e del corpo combinati avevano quasi lo stesso successo di quelli più lunghi della lunghezza del muso. Hanno anche scoperto che i robot dalla coda corta richiedono il doppio della forza del piede per rimanere attaccati all’albero.
Il team continuerà a studiare i gechi e cercherà nuovi principi da applicare ai robot, in particolare ai robot morbidi su superfici verticali.
“L’evoluzione non riguarda l’ottimalità e la perfezione, ma riguarda la sufficienza. La soluzione appena sufficiente gioca davvero nel darti un’ampia gamma di funzionalità in modo da essere molto più robusto in ambienti difficili “, ha affermato Full. “Evolution sembra più un artigiano che non sa mai veramente cosa produrrà e usa tutto ciò che è a sua disposizione per fare qualcosa che sia fattibile”.
“Piccoli animali arboricoli senza evidenti adattamenti morfologici per il volo si trovano sempre più spesso a mostrare capacità sorprendenti per le manovre a mezz’aria. I modelli fisici robotici morbidi possono aiutare a decifrare il controllo di tali soluzioni per l’atterraggio mediate meccanicamente”, ha affermato Jusufi.
