“In linea d’aria” è un’espressione che si riferisce alla distanza più breve tra due punti. Ebbene, gli scienziati del Laboratory of Intelligent Systems (Lis), guidato da Dario Floreano, presso la School of Engineering dell’EPFL, hanno preso alla lettera questa frase per sviluppare RAVEN (Robotic Avian-inspired Vehicle for multiple ENvironments), un drone alato dotato di speciali zampe robot descritto in un lavoro su ‘Nature’.
Progettate per imitare le estremità di uccelli come corvi (in inglese raven) e cornacchie, che passano frequentemente dall’aria alla terra, le zampe robotiche multifunzionali consentono ai questi droni di decollare autonomamente in ambienti prima inaccessibili (nella foto principale, Credit: Alain Herzog).
Ispirati dalla natura
“Gli uccelli sono stati l’ispirazione per gli aeroplani e i fratelli Wright hanno realizzato questo sogno, ma persino gli aerei di oggi sono ancora molto lontani da ciò di cui sono capaci gli uccelli”, afferma Won Dong Shin, studente di dottorato del Lis. “Gli uccelli possono passare dalla camminata alla corsa all’aria e viceversa, senza l’ausilio di una pista o di qualcuno che li lanci. Le piattaforme di ingegneria per questo tipo di movimenti mancano ancora nella robotica”.
Il design di RAVEN è ispirato alle proporzioni delle zampe degli uccelli (ed è frutto delle ripetute osservazioni dei movimenti dei corvi nel campus dell’ateneo elvetico). In questo modo Shin ha progettato un set di zampe personalizzate e multifunzionali per un drone ad ala fissa.
Il giovane ricercatore ha utilizzato una combinazione di modelli matematici, simulazioni al computer ed esperimenti per raggiungere un equilibrio ottimale tra la complessità delle zampe e il peso complessivo del drone (0,62 kg). La zampa così ottenuta mantiene i componenti più pesanti vicino al “corpo” del drone stesso, mentre una combinazione di molle e motori imita i potenti tendini e muscoli degli uccelli.
Cosa può fare RAVEN
I piedi leggeri, ispirati a quelli dei corvi e composti da due strutture articolate, sfruttano un giunto elastico passivo che supporta diverse posture per camminare, saltellare e saltare. “Tradurre zampe e piedi degli uccelli in un sistema robotico leggero ci ha presentato problemi di progettazione, integrazione e controllo che gli uccelli stessi hanno risolto elegantemente nel corso dell’evoluzione”, afferma Floreano. “Ciò ci ha portato non solo a ideare il drone alato più multimodale fino ad oggi, ma anche a far luce sull’efficienza energetica del salto per il decollo sia negli uccelli che nei droni”.
Obiettivo: consegne difficili e soccorsi in caso di calamità
Qual è il vantaggio del ‘corvo robot’? Gli esemplari precedenti progettati per camminare erano troppo pesanti per saltare, mentre quelli progettati per saltare non avevano piedi adatti a camminare. Il design unico di RAVEN gli consente di camminare, attraversare fessure nel terreno e persino di saltare su una superficie alta 26 centimetri. Gli scienziati hanno anche sperimentato diverse modalità di inizio del volo, tra cui il decollo da fermo e in caduta, scoprendo che il salto sfruttava al meglio l’energia cinetica (velocità) e l’energia potenziale (guadagno in altezza).
I ricercatori del Lis hanno collaborato con Auke Ijspeert del BioRobotics Lab dell’EPFL e con il Neuromechanics Lab presso l’Università della California a Irvine per adattare la biomeccanica degli uccelli alla locomozione robotica.
I risultati hanno consentito di sviluppare droni alati che possono muoversi su terreni accidentati e decollare da luoghi ristretti senza l’intervento umano. Queste capacità permetteranno ai droni di essere impiegati in ispezioni, interventi in caso di disastri e consegne in aree difficili. Il team è già al lavoro per migliorare design e controllo delle zampe di RAVEN, per facilitare l’atterraggio in una varietà di ambienti.
