Rivoluzionando l’esplorazione sottomarina: il Pleobot della Brown University svela i segreti dell’oceano

Immagina una sofisticata rete di robot interconnessi e autodiretti. Operano all’unisono, come un intricato balletto acquatico, navigando le profondità buie dell’oceano, eseguendo dettagliate indagini scientifiche e missioni di ricerca e salvataggio ad alto rischio. Questa visione futuristica si sta avvicinando alla realtà, grazie ai ricercatori della Brown University, che stanno facendo pionieristiche ricerche sullo sviluppo di una nuova tipologia di robot di navigazione sottomarina. Una di queste piattaforme robotiche, chiamata Pleobot, è la stella della loro recente pubblicazione su Scientific Reports.

I krill, quei piccoli crostacei che svolgono un ruolo cruciale negli ecosistemi marini, sono nuotatori eccezionali con capacità di manovrabilità, accelerazione e virata straordinarie. Le loro notevoli abilità atletiche hanno ispirato i ricercatori della Brown University a sviluppare Pleobot, una piattaforma robotica composta da tre sezioni articolate che mimano lo stile di nuoto metacronale caratteristico dei krill.

“Pleobot ci consente una risoluzione e un controllo senza precedenti per indagare tutti gli aspetti del nuoto simile a quello dei krill che lo aiutano a eccellere nella manovrabilità sottomarina”, afferma Sara Oliveira Santos, una candidata al dottorato alla School of Engineering della Brown University e autrice principale dello studio.

La squadra di ricerca intende utilizzare Pleobot come strumento completo per comprendere il nuoto simile a quello dei krill e sfruttare il potenziale di 100 milioni di anni di evoluzione per progettare robot migliori per la navigazione sottomarina.

Meccanica del Pleobot: emulare le meraviglie del nuoto dei krill

Il progetto Pleobot è una collaborazione internazionale tra la Brown University e l’Universidad Nacional Autónoma de México. Insieme, stanno decodificando i misteri di come i krill, noti come nuotatori metacronali, navigano ambienti marini complessi e compiono enormi migrazioni verticali di oltre 1.000 metri due volte al giorno, equivalenti a impilare tre grattacieli Empire State.

“Abbiamo degli scatti dei meccanismi che utilizzano per nuotare efficientemente, ma non abbiamo dati completi”, spiega Nils Tack, un associato post-dottorato nel laboratorio Wilhelmus alla Brown University.

La squadra ha costruito e programmato Pleobot per emulare con precisione i movimenti delle zampe dei krill e alterare la forma degli arti, fornendo una nuova e più approfondita comprensione delle interazioni fluido-struttura a livello di arti.

Pionieri del futuro dei veicoli sottomarini autonomi

Secondo i ricercatori, la tecnica di nuoto metacronale consente ai krill di manovrare in modo notevole, mostrando un dispiegamento sequenziale delle loro zampe natatorie in un movimento ondulato. Questa caratteristica è qualcosa che ritengono potrebbe essere incorporata in futuri sistemi di swarm deployabili. Monica Martinez Wilhelmus, professore assistente di Ingegneria alla Brown University, afferma: “Essere in grado di comprendere le interazioni fluido-struttura a livello di arti ci consentirà di prendere decisioni informate sui progetti futuri.

Questi futuri swarm robotici potrebbero mappare gli oceani della Terra, partecipare a estese missioni di ricerca e recupero o addirittura esplorare gli oceani delle lune del nostro sistema solare, come Europa. Wilhelmus aggiunge: “Le aggregazioni di krill sono un ottimo esempio di swarm in natura… Questo studio è il punto di partenza del nostro obiettivo di ricerca a lungo termine di sviluppare la prossima generazione di veicoli sottomarini autonomi per il rilevamento”.

Il significato del design del Pleobot

La costruzione del Pleobot coinvolge un team multidisciplinare specializzato in meccanica dei fluidi, biologia e meccatronica. I suoi componenti principali consistono in parti stampabili in 3D e il design è open-source. I ricercatori hanno replicato il movimento di apertura e chiusura delle pinne birame dei krill, ritenuto un primato per una piattaforma del genere. Il modello è costruito a dieci volte la scala dei krill, che sono solitamente delle dimensioni di una graffetta, consentendo un’osservazione e un’analisi più accurate.

“Nello studio pubblicato, rivela la risposta a uno dei molti meccanismi sconosciuti del nuoto dei krill: come generano sostentamento per non affondare mentre nuotano in avanti”, afferma Oliveira Santos. “Siamo stati in grado di scoprire quel meccanismo utilizzando il robot”, aggiunge Yunxing Su, un associato post-dottorato nel laboratorio. Hanno scoperto che una regione a bassa pressione sul lato posteriore delle zampe natatorie contribuisce alla forza di sostentamento durante la fase di potenza del movimento delle zampe, una scoperta cruciale per comprendere e replicare l’efficiente nuoto dei krill.

Il lavoro pionieristico della squadra della Brown University con Pleobot segna un importante passo avanti nella ricerca di sviluppare la prossima generazione di veicoli sottomarini autonomi per il rilevamento. Le possibilità sembrano essere ampie quanto gli oceani che questi robot sono destinati a esplorare.