I pulcinella di mare e altri uccelli tuffatori lo fanno da sempre con la massima naturalezza: tuffarsi nel mare, nuotare, pescare, e poi tornare in superficie per spiccare nuovamente il volo. Ora gli ingegneri del Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Boston (Usa) e dell’Ecole Polytechnique Fédérale di Losanna (EPLF) – ispirandosi a queste straordinarie creature – hanno realizzato il primo robot in grado di nuotare sott’acqua, emergere in superficie e prendere il volo, utilizzando un solo paio di ali battenti. La ricerca, pubblicata su Science, apre uno scenario inedito nei campi della robotica e dell’esplorazione ambientale.
Leggero e flessibile
Fino a oggi, la maggior parte dei veicoli anfibi ha fatto affidamento su sistemi ingegneristici complessi e pesanti, che combinavano eliche per il volo atmosferico e rotori separati per la navigazione in immersione. Il nuovo prototipo di velivolo – definito Flapping-wing Aerial-Aquatic Vehicle (“veicolo aereo-acquatico ad ala battente”) o FAAV – pesa meno di 300 grammi, più o meno come un piccolo uccello marino tuffatore, e utilizza un singolo paio di ali battenti per muoversi in entrambi gli elementi.
Il meccanismo si basa sulla flessibilità dei materiali, necessaria per effettuare il passaggio tra due fluidi con densità molto diverse: l’acqua, infatti, è circa ottocento volte più densa dell’aria. Le ali del robot sono dunque costituite da una membrana rivestita di nanoparticelle idrorepellenti, supportate da una fusoliera in fibra di carbonio. Per contenere il peso, l’elettronica non è chiusa in scafandri metallici stagni, ma è protetta e isolata da un sottile strato di silicone flessibile. Sott’acqua, le ali si piegano passivamente fino al 90%, riducendo il carico sul piccolo motore elettrico interno, e battono con frequenza ridotta, consentendo di muoversi a una velocità di circa un metro al secondo (3,6 km/h). Una volta in aria, le ali si irrigidiscono per generare la portanza necessaria al volo, arrivando a battere fino a 11 volte al secondo e spingendo il robot a una velocità di oltre 6 metri al secondo (22 km/h).
Inclinato
Nel progetto, la fase tecnicamente più complessa da gestire è stata l’emersione. Mentre uccelli come i pulcinella di mare usano le zampe palmate per prendere velocità sulla superficie per decollare, il FAAV è privo di arti inferiori. I ricercatori hanno risolto il problema inclinando il robot con un angolo di 70° e spingendo il motore a eseguire da 8 a 10 battiti alari rapidissimi: in questo modo il drone riesce a spezzare la tensione superficiale dell’acqua e a prendere il volo in meno di un secondo.
Con un’autonomia che permette di coprire con una singola carica circa 6 chilometri in aria o 2 chilometri in immersione, le applicazioni future sono molto ampie. Grazie alle dimensioni ridotte e al funzionamento silenzioso, il drone potrà operare in aree marine remote per prelevare campioni d’acqua durante le fioriture algali, ispezionare la parte sommersa di iceberg e infrastrutture portuali, o monitorare animali come le balene nel loro habitat naturale, limitando al massimo i disturbi visivi e acustici.
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Link e approfondimenti
• Il sito del MIT che riporta la notizia e un articolo del New York Times.
• Il libro (in inglese) di Dario Floreano e Claudio Mattiussi, Bio-Inspired Artificial Intelligence (The MIT Press).
• Il libro di Barbara Mazzolai, La natura geniale (Longanesi).
• Il libro (in inglese) di Janine M. Benyus, Biomimicry: Innovation Inspired by Nature (William Morrow).
