Un nuovo studio pubblicato su Science Robotics apre la strada a robot autonomi e intelligenti, ispirati al comportamento dei pesci in branco. Il team di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Meccanica e Aerospaziale della Cornell University, guidato dal professor Robert Shepherd, esperto in soft robotics, ha sviluppato un progetto innovativo nel campo della robotica.
Questo progetto prende il nome di BioPD: controllo Proporzionale-Derivativo Biologico.
Alla base di questa invenzione innovativa vi è l’idea che la figura di leader come capo di un gruppo sociale, non è una dinamica prettamente umana, ma anche un comportamento tipico dei pesci. Studiando il modo in cui questi animali decidono di seguire i loro simili in modo semplice ed istintivo, i ricercatori hanno ideato un sistema che potrebbe rivoluzionare il mondo della robotica.
BioPD è un progetto che, prendendo inspirazione dal movimento “a branco” dei pesci abissali, svela un nuovo lato del comportamento animale che aprirà la porta ad invenzioni rivoluzionarie nel campo della robotica.
Una guida virtuale per svelare i segreti del branco
Il punto di partenza del progetto di BioPD è stato l’utilizzo di un Pesce Virtuale.
Il punto di partenza del progetto di BioPD è stato l’utilizzo di un Pesce Virtuale.È stato creato un robot tridimensionale per essere proiettato in un ambiente di realtà aumentata in cui nuotavano giovani esemplari di Zebrafish, una specie di pesci molto studiata in ambito neurobiologico. I pesci reali hanno interagito con il pesce virtuale come se fosse un vero compagno del proprio branco, permettendo agli scienziati di testare sistematicamente vari comportamenti sociali in condizioni controllate.
Il modello di BioPD è stato costruito partendo da una formula che regola la velocità e la direzione del nuoto in base alla posizione del compagno. I ricercatori hanno verificato che questa regola potesse essere applicata, non solo tra due pesci, ma anche in gruppi numerosi, fino a raggiungere oltre mille individui.
Dalla biologia all’ingegneria: robot che imparano dalla natura
Il passaggio successivo all’analisi e studio del comportamento dei pesci, è stato quello di far interagire il modello di BioPd con altri robot terrestri, aerei e acquatici. Senza modificare i parametri biologici, i robot sono riusciti a seguire percorsi complessi, mantenendo la distanza giusta e adattarsi a curve e variazioni di velocità, con un’efficienza comparabile a quella di sofisticati sistemi ingegneristici come i Controller Predittivi.
Il cuore del modello è simile ai controllori usati in ingegneria per mantenere la stabilità di un sistema. Ma a differenza dei classici PD, il BioPD incorpora una soglia oltre la quale il pesce-robot non reagisce più, simulando un comportamento realistico di attenzione selettiva. Inoltre, i pesci non reagiscono alla velocità istantanea del leader, ma alla sua posizione media, filtrando così il rumore del movimento.
L’innovazione di BioPD è che non richiede potenza di calcolo elevata, né una modellizzazione precisa del sistema. È una soluzione elegante e leggera, proprio come quella che l’evoluzione ha selezionato nei pesci per millenni. Dimostrare che si trattasse davvero di un supersolido non è stato semplice. I ricercatori hanno dovuto misurare con grande precisione le proprietà del sistema, per verificare che esso esibisse simultaneamente caratteristiche di un solido (ordine strutturale) e di un fluido senza attrito (assenza di viscosità).
Verso un futuro di robot con sembianze animali
Alla base di BioPD vi è una ricerca che, non cerca semplicemente di imitare la natura, ma ricostruisce le leggi che controllano i comportamenti animali attraverso esperimenti e simulazioni. Questo processo porta a una comprensione profonda dei meccanismi del comportamento collettivo.
In futuro, il modello BioPD potrebbe essere usato per sviluppare sciami di droni coordinati, veicoli autonomi che si muovono in colonna o robot marini in grado di esplorare l’oceano senza collidere tra loro. Ma potrebbe anche servire a comprendere meglio le basi neurali della cooperazione e dell’attenzione condivisa negli animali, compreso l’uomo.
In un’epoca in cui si cerca sempre più di fondere biologia e tecnologia, il BioPD rappresenta un ponte elegante tra mondo naturale e mondo artificiale.
Per costruire il futuro della tecnologia, a volte basta seguire… un banco di pesci.
