Immagina una sofisticata rete di robot interconnessi e autonomi che operano all’unisono come un intricato balletto acquatico, navigando nelle profondità oscure dell’oceano, svolgendo indagini scientifiche dettagliate e missioni di ricerca e salvataggio ad alto rischio. Questa visione futuristica sta diventando sempre più realtà grazie ai ricercatori della Brown University, che stanno aprendo la strada allo sviluppo di un nuovo tipo di robot subacqueo. Uno di questi robot, chiamato Pleobot, è la protagonista di uno studio recentemente pubblicato su Scientific Reports.
I ricercatori della Brown University si sono ispirati ai krill, quei minuscoli crostacei che svolgono un ruolo cruciale negli ecosistemi marini, per sviluppare Pleobot. I krill sono straordinari nuotatori, con eccezionali capacità di manovrabilità, accelerazione e virata. Pleobot, composto da tre sezioni articolate che imitano lo stile di nuoto metacronale caratteristico del krill, consente ai ricercatori di esplorare in modo senza precedenti tutti gli aspetti del nuoto simile al krill che li aiuta ad eccellere nelle manovre sott’acqua, come spiega Sara Oliveira Santos, candidata al dottorato presso la Scuola di Ingegneria della Brown e autrice principale dello studio.
L’obiettivo del team di ricerca è utilizzare Pleobot come strumento completo per comprendere il nuoto simile al krill e sfruttare il potenziale di 100 milioni di anni di evoluzione per progettare robot migliori per la navigazione oceanica.
Il progetto Pleobot è una collaborazione internazionale tra la Brown University e l’Universidad Nacional Autónoma de México, che insieme stanno decodificando i misteri del nuoto dei krill, noti per il loro stile metacronale, in complessi ambienti marini e per le loro colossali migrazioni verticali di oltre 1.000 metri due volte al giorno, l’equivalente di impilare tre Empire State Building.
Nils Tack, un associato post-dottorato nel laboratorio Wilhelmus della Brown University, spiega che sebbene abbiano osservato alcuni meccanismi utilizzati dai krill per nuotare efficientemente, non dispongono ancora di dati completi. Pertanto, il team ha costruito e programmato Pleobot per emulare con precisione i movimenti delle gambe del krill e alterare la forma delle appendici, fornendo una nuova e più approfondita comprensione delle interazioni fluido-struttura a livello delle appendici.
Secondo i ricercatori, la tecnica di nuoto metacronale permette al krill di manovrare in modo eccellente, grazie all’uso sequenziale delle gambe che nuotano con un movimento ondulatorio. Credono che questa caratteristica possa essere incorporata nei futuri sistemi di robot a sciame. Monica Martinez Wilhelmus, assistente professore di ingegneria presso la Brown University, afferma che comprendere le interazioni fluido-struttura a livello di appendice consentirà loro di prendere decisioni informate per i progetti futuri.
I futuri sciami robotici potrebbero essere impiegati per mappare gli oceani della Terra, partecipare a estese missioni di ricerca e soccorso o persino esplorare gli oceani delle lune nel nostro sistema solare, come Europa. Wilhelmus aggiunge che le aggregazioni di krill sono un eccellente esempio di sciami presenti in natura e che questo studio rappresenta l’inizio del loro obiettivo di ricerca a lungo termine per sviluppare la prossima generazione di veicoli autonomi per il rilevamento subacqueo.
La costruzione di Pleobot coinvolge un team multidisciplinare specializzato in meccanica dei fluidi, biologia e meccatronica. I componenti principali di Pleobot consistono in parti stampabili in 3D e il suo design è open-source. I ricercatori sono riusciti a replicare il movimento di apertura e chiusura delle pinne biramose del krill, rendendo Pleobot la prima piattaforma a raggiungere tale livello di dettaglio. Il modello è dieci volte più grande del krill, che di solito ha le dimensioni di una graffetta, consentendo un’osservazione e un’analisi più accurate.
“Nello studio pubblicato, abbiamo svelato la risposta a uno dei molti meccanismi sconosciuti del nuoto del krill: come generano portanza per non affondare mentre nuotano in avanti”, afferma Oliveira Santos. “Siamo stati in grado di scoprire questo meccanismo grazie al nostro robot”, aggiunge Yunxing Su, un associato post-dottorato nel laboratorio. Hanno scoperto che una regione di bassa pressione nella parte posteriore delle gambe che nuotano contribuisce al miglioramento della forza di sollevamento durante il movimento di spinta delle gambe, una scoperta cruciale per comprendere e replicare l’efficienza del nuoto del krill.
Il lavoro pionieristico del team della Brown University con Pleobot rappresenta un significativo balzo in avanti nella ricerca per lo sviluppo della prossima generazione di veicoli autonomi per il rilevamento subacqueo. Le possibilità sembrano essere infinite come gli oceani che questi robot intendono esplorare.
