I ricercatori dell’EPFL hanno costruito un drone che può camminare, saltare e saltare in volo con l’aiuto di zampe simili a quelle di un uccello, ampliando notevolmente la gamma di potenziali ambienti accessibili ai veicoli aerei senza pilota.
“In linea d’aria” è un modo di dire comune che indica la distanza più breve tra due punti, ma il Laboratorio di Sistemi Intelligenti (LIS), guidato da Dario Floreano, della Facoltà di Ingegneria dell’EPFL ha preso la frase alla lettera con RAVEN (Robotic Avian- veicolo ispirato per molteplici ambienti). Progettate sulla base di uccelli appollaiati come corvi e cornacchie che passano spesso dall’aria alla terra, le gambe robotiche multifunzionali gli consentono di decollare autonomamente in ambienti precedentemente inaccessibili ai droni alati.
“Gli uccelli sono stati in primo luogo l’ispirazione per gli aeroplani, e i fratelli Wright hanno realizzato questo sogno, ma anche gli aerei di oggi sono ancora abbastanza lontani da ciò di cui sono capaci gli uccelli”, afferma Won Dong Shin, dottorando della LIS. “Gli uccelli possono passare dal camminare alla corsa in aria e viceversa, senza l’ausilio di una pista o di un lanciatore. Nella robotica mancano ancora piattaforme ingegneristiche per questo tipo di movimenti.”
Il design di RAVEN mira a massimizzare la diversità dell’andatura riducendo al minimo la massa. Ispirandosi alle proporzioni delle zampe degli uccelli (e alle lunghe osservazioni dei corvi nel campus dell’EPFL), Shin ha progettato una serie di zampe aviarie multifunzionali personalizzate per un drone ad ala fissa. Ha utilizzato una combinazione di modelli matematici, simulazioni al computer e iterazioni sperimentali per ottenere un equilibrio ottimale tra la complessità delle gambe e il peso complessivo del drone (0,62 kg). La gamba risultante mantiene i componenti più pesanti vicini al “corpo”, mentre una combinazione di molle e motori imita i potenti tendini e muscoli degli uccelli. I piedi leggeri di ispirazione aviaria composti da due strutture articolate sfruttano un giunto elastico passivo che supporta diverse posture per camminare, saltare e saltare.
“Tradurre gambe e piedi di uccelli in un sistema robotico leggero ci ha presentato problemi di progettazione, integrazione e controllo che gli uccelli hanno risolto elegantemente nel corso dell’evoluzione”, afferma Floreano. “Questo ci ha portato non solo a ideare il drone alato più multimodale mai realizzato finora, ma anche a far luce sull’efficienza energetica del salto per il decollo sia negli uccelli che nei droni.” La ricerca è stata pubblicata in Natura.
Migliore accesso per consegne o soccorsi in caso di calamità
I precedenti robot progettati per camminare erano troppo pesanti per saltare, mentre i robot progettati per saltare non avevano piedi adatti a camminare. Il design unico di RAVEN gli consente di camminare, attraversare spazi vuoti nel terreno e persino saltare su una superficie elevata alta 26 centimetri. Gli scienziati hanno anche sperimentato diverse modalità di inizio del volo, compreso il decollo da fermo e da caduta, e hanno scoperto che saltare in volo utilizzava nel modo più efficiente l’energia cinetica (velocità) e l’energia potenziale (aumento di altezza). I ricercatori del LIS hanno collaborato con Auke Ijspeert del BioRobotics Lab dell’EPFL e con il Neuromechanics Lab di Monica Daley presso l’Università della California, Irvine, per adattare la biomeccanica degli uccelli alla locomozione robotica.
Oltre a chiarire i costi e i benefici delle zampe potenti negli uccelli che passano frequentemente dall’aria al suolo, i risultati offrono un design leggero per droni alati che possono muoversi su terreni accidentati e decollare da luoghi ristretti senza intervento umano. Queste capacità consentono l’uso di tali droni per l’ispezione, la mitigazione dei disastri e la consegna in aree ristrette. Il team dell’EPFL sta già lavorando su un design e un controllo migliorati delle gambe per facilitare l’atterraggio in una varietà di ambienti.
“Le ali degli uccelli sono l’equivalente delle zampe anteriori dei quadrupedi terrestri, ma si sa poco sulla coordinazione delle zampe e delle ali negli uccelli, per non parlare dei droni. Questi risultati rappresentano solo un primo passo verso una migliore comprensione dei principi di progettazione e controllo dei animali volanti multimodali e la loro traduzione in droni agili ed energeticamente efficienti”, afferma Floreano.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com
