Le capacità di atterraggio dei gechi potrebbero essere utilizzate nella robotica

I ricercatori dell’Università della California, Berkeley e dell’Istituto Max Planck per i Sistemi Intelligenti di Stoccarda, in Germania, hanno dimostrato come i gechi utilizzino le loro code per manovrare a mezz’aria. Questa capacità consente loro di correggersi quando cadono dopo aver perso la presa e può anche aiutarli a propellersi sulla superficie di uno stagno.

I risultati saranno pubblicati questa settimana sulla rivista Nature Communications Biology.

Queste tecniche sono molto utili nella robotica e sono già state implementate in robot simili a gechi.

Scoperte sorprendenti sui gechi

Robert Full è un professore di biologia integrativa alla UC Berkeley, e Adria Jusufi è un membro del corpo docente della Max Planck Research School for Intelligent Systems e un ex dottorando alla UC Berkeley. I due hanno fatto una scoperta importante e sorprendente: i gechi utilizzano anche le loro code per aiutarsi a recuperare quando si schiantano contro un albero.

Gli schianti testa-in-pianta sono abbastanza comuni tra i gechi, e Jusufi li ha documentati con telecamere ad alta velocità.

“Osservare i gechi dall’alto nella canopy della foresta pluviale è stato illuminante. Prima di decollare, muovevano la testa su e giù e da un lato all’altro per valutare la distanza di volo prima di saltare, come se stessero stimando la distanza di viaggio”, ha detto Jusufi.

I video mostrano che il gecco, in questo caso il gecko piatto della casa asiatica, afferra il tronco con le dita artigliate e imbottite quando collide testa-in-pianta con l’albero. Ciò aiuta la sua testa e le spalle a rimbalzare, e il gecko ha la leva per premere la coda contro il tronco, impedendogli di cadere all’indietro.

“Lontano dallo stallo, alcuni di questi rettili stanno ancora accelerando al momento dell’impatto”, ha detto Jusufi. “Si schiantano testa-in-pianta, si capovolgono testa-piedi a un angolo estremo rispetto alla verticale – sembrano un leggio che si allontana dall’albero – ancorati solo dalle gambe posteriori e dalla coda, mentre dissipano l’energia dell’impatto. Con il riflesso di arresto della caduta che si verifica così in fretta, solo il video a rallentatore poteva rivelare il meccanismo sottostante”.

Secondo gli scienziati, altri piccoli e leggeri animali saltatori come i lucertole potrebbero utilizzare queste tecniche.

“Potrebbero avere planate più lunghe che sono più planate di equilibrio e atterrano in modo diverso, ma, ad esempio, se stanno cercando di fuggire, scelgono di fare questo tipo di comportamento, in parte perché la dimensione è importante”, ha detto Full. “Quando sei così piccolo, hai opzioni che non sono soluzioni per le cose grandi. Quindi, questa è una soluzione mediata dal corpo che non hai se sei più grande”.

Strutture simili alle code dei gechi potrebbero essere utilizzate per aiutare a stabilizzare i robot volanti come i droni, aiutandoli ad atterrare su superfici verticali.

I ricercatori sono i primi a documentare, modellare matematicamente e riprodurre questo comportamento in un robot morbido.

“Le esaptazioni sono strutture che sono state co-optate per molti comportamenti, indipendentemente da ciò per cui quella struttura è stata originariamente evoluta, e qui c’è una di quelle che non ti aspetteresti”, ha detto Full. “Puoi vedere come quella incredibile capacità di essere robusta possa consentire queste esaptazioni”.

“Fino a poco tempo fa, le code non avevano ricevuto molta attenzione rispetto alle gambe o alle ali, ma ora le persone stanno realizzando che dovremmo pensare a questi animali come cinque zampe, in un certo senso – pentapodi”, ha detto Jusufi.

Secondo Full, gli ingegneri robotici stanno aggiungendo sempre più funzioni ai robot e stanno imparando che possono introdurre una nuova parte per ogni capacità.

“Mentre evolviamo i nostri robot e i sistemi fisici, gli ingegneri vogliono fare sempre più cose. E indovina un po’? A un certo punto, non puoi ottimizzare un robot per tutto”, ha detto. “Devi utilizzare le cose per altri comportamenti per ottenere quei comportamenti”.

https://www.youtube.com/watch?v=LXRAWypJBPI&t=3s

Costruire il robot

I ricercatori hanno costruito un robot con coda dopo aver creato le sue parti con Carbon M2, una stampante 3D all’avanguardia progettata specificamente per strutture morbide. I piedi erano dotati di velcro in modo che potessero attaccarsi al contatto, e la coda aveva un meccanismo che la faceva premere verso il basso quando le gambe anteriori colpivano una superficie e scivolavano.

Il robot con coda ha dimostrato un successo simile quando ha fatto atterraggi difficili. In natura, i gechi con code atterrano con successo su superfici verticali senza cadere l’87% delle volte. I robot senza code hanno dimostrato la capacità di atterrare con successo il 15% delle volte nei test, ma il nuovo robot con coda è stato in grado di atterrare il 55% delle volte nei test.

I ricercatori hanno anche scoperto che i robot con code lunghe la metà della lunghezza della testa e del corpo combinati erano quasi così efficaci come quelli più lunghi che erano della lunghezza del muso-ventre. Hanno anche scoperto che i robot con code corte richiedevano il doppio della forza del piede per rimanere attaccati all’albero.

La squadra continuerà a studiare i gechi e a cercare nuovi principi da applicare ai robot, soprattutto ai robot morbidi su superfici verticali.

“L’evoluzione non è questione di ottimalità e perfezione, ma piuttosto di sufficienza. La soluzione appena sufficiente gioca veramente nel darti una gamma di capacità in modo che tu sia molto più robusto in ambienti impegnativi”, ha detto Full. “L’evoluzione sembra più un ciarlatano che non sa mai cosa produrrà e utilizza tutto ciò che ha a disposizione per creare qualcosa che funzioni”.

“Gli animali arborei piccoli senza adattamenti morfologici ovvi per il volo stanno sempre più dimostrando una capacità sorprendente per la manovra a mezz’aria. I modelli fisici dei robot morbidi possono aiutare a decifrare il controllo di tali soluzioni meccaniche per l’atterraggio”, ha detto Jusufi.