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Robo-api. Come risolvere il problema dell'autonomia energetica durante le missioni

In un precedente articolo (--> "Sviluppare mini droni studiando le api") ho raccontato del sempre maggiore interesse da parte degli ingegneri  per le soluzioni sviluppata dalla natura alle "necessità" di volo automatico negli insetti; lo scopo è ovviamente quello di implementare tali soluzioni nei mini droni per renderli capaci di volare in ambienti complessi.

credit: Graule et al.
Si tratta di un tassello fondamentale quello del volo autonomo, per massimizzare le potenzialità insite in questi "velivoli", di cui la componente ludica è solo la punta dell'iceberg delle sue possibilità (ma importante in quanto fornisce il ritorno economico per pagare la ricerca & sviluppo). Pensiamo in prospettiva a utilizzi come le missioni di monitoraggio in ambito militare o di polizia oppure alla pletora di utilizzi in campo ecologico o di sicurezza ambientale  (fughe di gas, monitoraggio remoto delle condizioni atmosferiche, ricerca di superstiti dopo crolli; ... ).


Se nell'articolo precedente il focus era "copiare" dalle api i meccanismi di feedback sensoriale per un volo "plastico", si affronta oggi un altro tema centrale (la miniaturizzazione della componentistica non è oggi un vero ostacolo), cioè la gestione del consumo di energia, vero vulnus per i dispositivi odierni. Dato che gran parte di queste missioni richiederebbe al drone di rimanere in aria per lunghi periodi, l'energia disponibile è a tutti gli effetti il vero fattore limitante soprattutto perché un drone piccolo può alloggiare una batteria proporzionalmente meno capiente.
Esempio classico è quello di un'auto elettrica che per raggiungere autonomie nell'ordine di un centinaio di chilometri deve essere equipaggiata con pesanti batterie. La maggior parte dei mini droni in commercio hanno autonomie di volo risibili rispetto alle potenzialità del loro utilizzo.
L'aiuto potrebbe venire ancora una volta dallo studio del mondo animale sfruttando la nota capacità degli insetti di aderire alle superfici più varie grazie all'interazione elettrostatica. Un "insetto-robot" con tali capacità potrebbe rimanere nell'ambiente in standby (magari ricaricandosi grazie a mini pannelli fotovoltaici) pronto per essere richiamato in volo quando necessario.
L'interazione elettrostatica è tra l'altro tecnicamente più semplice da implementare rispetto ad altre modalità usate nel mondo animale come quella "adesiva" o "ad artiglio" (usate da pipistrelli, alcuni pesci, lucertole e, su tutti, i gechi).

Studi in tal senso sono in corso presso l'Harvard Microrobotics Lab.
Gli ultimi risultati, pubblicati sulla prestigiosa rivista Science, mostrano mini droni capaci di aderire a materiali come vetro, legno o anche una semplice foglia, consumando fino a 1000 volte meno energia di quella usata durante il volo.
Per interagire con il supporto il RoboBee (la robo-ape) utilizza una sorta di mini elettrodo accoppiato  ad un gel a base di schiuma per assorbire gli urti. Il peso aggiuntivo per questo "upgrade" è di 13,4 mg sul totale di 100 mg, simile a quello di una vera ape. Durante la fase di "decollo" è sufficiente interrompere il circuito dell'elettrodo, il che consente una rapida e "facile" operatività su gran parte delle superfici naturali.

I risultati sono notevoli ma come dicono i ricercatori, il lavoro da fare è ancora molto. 
Per volare il robot sfrutta oggi una serie di telecamere esterne i cui dati sono poi elaborati da un computer; il vero volo autonomo si avrà  solo quando si riuscirà ad implementare nel RoboBee sensori e i processori capaci di un feedback immediato esattamente come avviene nelle api capaci di volare in modo "plastico" attraverso un fitto fogliamo e di individuare siti di atterraggio idonei senza "processamento" cerebrale. Questo permetterebbe al mini drone sia di entrare in modalità di risparmio energetico che di seguire autonomamente, ad esempio, tracce di un gas come il metano fino ad individuare la sorgente e a guidare le procedure di intervento.


video by Harvard Microrobotics Lab

Articoli precedenti sul tema
--> "Il robot che copia il movimento dai serpenti"
--> "Le frontiere della robotica"
--> "Bio-robot e chip per la memoria umana"
--> "Il DNA origami e i nanorobot"
--> "Nanorobot e cervello
--> "Dallo studio delle api un sistema di atterraggio per gli aerei"
--> "RoboBee. Un insetto robot capace di muoversi sia in aria che in acqua"


Fonte
- Perching and takeoff of a robotic insect on overhangs using switchable electrostatic adhesion 
Graule et al. (2016) SCIENCE 352:978



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