Rivoluzionare l’esplorazione subacquea il Pleobot di Brown University svela i segreti degli oceani

Il Pleobot della Brown University rivoluziona l'esplorazione subacquea, svelando i segreti degli oceani.

Immagina una sofisticata rete di robot interconnessi e auto-diretti. Operano all’unisono, come un intricato balletto acquatico, navigando nelle profondità oscure dell’oceano, effettuando dettagliati rilevamenti scientifici e missioni di ricerca e soccorso ad alto rischio. Questa visione futuristica si avvicina sempre di più alla realtà, grazie ai ricercatori dell’Università di Brown, che stanno portando avanti lo sviluppo di un nuovo tipo di robot per la navigazione sottomarina. Una piattaforma robotica di questo tipo, chiamata Pleobot, è la protagonista del loro studio recentemente pubblicato su Scientific Reports.

I krill, quei minuscoli crostacei che svolgono un ruolo cruciale negli ecosistemi marini, sono nuotatori straordinari con capacità eccezionali di manovrabilità, accelerazione e cambio di direzione. Le loro notevoli abilità atletiche hanno ispirato i ricercatori dell’Università di Brown a sviluppare Pleobot, una piattaforma robotica composta da tre sezioni articolate che imitano 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 nel manovrare sott’acqua”, afferma Sara Oliveira Santos, dottoranda presso la Scuola di Ingegneria di Brown e autrice principale dello studio.

Il team di ricerca mira a 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 oceanica.

Meccanica di Pleobot: Emulare le Meraviglie del Nuoto dei Krill

Il progetto Pleobot è una collaborazione internazionale tra l’Università di Brown e l’Universidad Nacional Autónoma de México. Insieme, stanno decodificando i misteri di come i krill, noti come nuotatori metacronali, si muovono in complessi ambienti marini e compiono migrazioni verticali colossali di oltre 1000 metri due volte al giorno, equivalenti a impilare tre Empire State Buildings.

“Abbiamo istantanee dei meccanismi che utilizzano per nuotare in modo efficiente, ma non abbiamo dati esaustivi”, spiega Nils Tack, un ricercatore postdottorato nel laboratorio di Wilhelmus presso l’Università di Brown.

Il team ha costruito e programmato Pleobot per emulare precisamente i movimenti delle zampe dei krill e modificare la forma degli arti, fornendo una comprensione nuova e più approfondita delle interazioni fluido-struttura a livello di articolazione.

Pionieri del Futuro dei Veicoli Sottomarini Autonomi

Secondo i ricercatori, la tecnica di nuoto metacronale consente ai krill di manovrare in modo straordinario, mostrando una disposizione sequenziale delle zampe da nuoto in un movimento ondulatorio. Questa caratteristica è qualcosa che ritengono possa essere incorporata nei futuri sistemi di schieramento. Monica Martinez Wilhelmus, Professore Associato di Ingegneria presso l’Università di Brown, afferma: “Essere in grado di comprendere le interazioni fluido-struttura a livello di articolazione ci permetterà di prendere decisioni informate sulle future progettazioni.

Questi futuri sciami 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 sciami nella 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.”

La Significatività del Design di Pleobot

La costruzione di Pleobot coinvolge un team multidisciplinare specializzato in meccanica dei fluidi, biologia e meccatronica. I suoi componenti consistono principalmente 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 essere una novità per una piattaforma del genere. Il modello è costruito dieci volte più grande dei krill, che di solito sono delle dimensioni di una graffetta, consentendo un’osservazione e un’analisi più accurate.

“Nello studio pubblicato, riveliamo la risposta a uno dei tanti meccanismi sconosciuti del nuoto dei krill: come generano portanza per non affondare mentre nuotano in avanti”, afferma Oliveira Santos. “Siamo riusciti a scoprire quel meccanismo usando il robot”, aggiunge Yunxing Su, un ricercatore postdottorato nel laboratorio. Hanno scoperto che una regione a bassa pressione sul retro delle zampe da nuoto contribuisce all’aumento della forza di portanza durante la fase di spinta delle zampe in movimento, una scoperta cruciale per comprendere e replicare il nuoto efficiente dei krill.

Il lavoro innovativo del team dell’Università di Brown con Pleobot segna un significativo passo avanti nella ricerca per lo sviluppo della prossima generazione di veicoli autonomi per il rilevamento sottomarino. Le possibilità sembrano infinite come gli oceani che questi robot sono destinati ad esplorare.