Un robot che vola come un uccello

Gli uccelli plananti non hanno una coda verticale che possa fungere da timone. Tuttavia, il loro volo rimane stabile nonostante le turbolenze. E questo, senza nemmeno bisogno di sbattere le ali per regolare la direzione. Al contrario, gli aerei attuali (quasi) tutti hanno una superficie verticale nella parte posteriore della cabina: la pinna. La sua presenza serve a limitare il rischio di sbandamento e ad attutire il cosiddetto fenomeno del “dutch roll”. Quest’ultimo si concretizza in un movimento oscillatorio di imbardata che rende instabile il funzionamento del dispositivo. Scienziati dell’Università di Stanford (Stanford, Stati Uniti) e dell’Università di Groningen (Groningen, Paesi Bassi) hanno quindi cercato di capire come procedono gli uccelli per mantenere la loro postura in ogni circostanza, con l’obiettivo che il loro lavoro possa portare alla realizzazione di velivoli più adatti al volo. .

Un robot all’incrocio tra un aereo e un piccione

Il primo autore della ricerca pubblicata il 20 novembre 2024 sulla rivista Robotica scientifica è Eric Chang dell’Università di Stanford. Durante questo lavoro ha potuto contare sull’aiuto di Diana Chin, della stessa struttura, e David Lentink, dell’Università di Groningen. L’équipe non partì da zero poiché si basò in gran parte su un’ipotesi avanzata dal biologo tedesco Franz Groebbels nel 1929. Egli stimò che gli uccelli plananti dovessero volare come “aeroplani automatici”, utilizzando i riflessi neuromuscolari nelle ali e nella coda. Una soluzione inapplicabile agli aerei attuali, le cui ali e coda non possono deformarsi come quelle degli uccelli. Eric Chang e i suoi due colleghi hanno quindi deciso di realizzare la propria macchina ispirata agli uccelli: il PigeonBot II.

Il robot bioibrido sviluppato dagli scienziati è costituito da uno scheletro biomimetico dotato di legamenti elastici associati alle penne delle ali e della coda. PigeonBot II ha quindi venti penne di volo – grandi penne rigide – su ciascuna delle sue ali e altre dodici piume sulla coda. Sono tutte vere e provengono dalla specie Columba livia (il piccione torraiuolo). Le quaranta penne delle ali sono azionate da quattro servomotori e le penne della coda da altri cinque di questi servomotori. La massa totale del robot è vicina a quella di un vero piccione (circa 300 grammi) e per volare fa affidamento su due piccoli propulsori, uno su ciascun polso. Il punto critico dello studio era sviluppare un controllore dei riflessi adattivo, in grado di imitare la reazione istintiva degli uccelli. Per fare ciò, il gruppo di ricerca ha posizionato il suo PigeonBot II in una galleria del vento di 1*0,82*1,73 metri, dove lo ha sottoposto a una velocità del vento di 10 m/s. Una volta addestrato il controllore a ridurre i disturbi turbolenti, il robot poteva essere rilasciato all’aperto, volando autonomamente e assumendo pose tipiche di un vero piccione. I risultati confermano quindi l’idea quasi centenaria di Franz Groebbels e potrebbero ispirare in futuro la progettazione di aerei senza timone con efficienza e manovrabilità notevolmente migliorate.