Robot a 6 zampe si orienta fissando il cielo, come una formica del deserto

Dei ricercatori all’Università Aix-Marseille, in Francia, hanno programmato un robot a 6 zampe che imita il comportamento di una particolare formica, la Cataglyphis fortis.

Mentre gironzola intorno al Sahara, l’insetto sopporta temperature così brutali che a volte riesce a gestire solo brevi sessioni di caccia di 15 minuti prima che bruci a morte.

A peggiorare le cose, il calore annulla le scie chimiche dei feromoni che le formiche si distendono l’una dall’altra per navigare. Perditi qui e sei letteralmente cotto.

Di conseguenza, le formiche del deserto hanno sviluppato dei superpoteri. Cercano le bande caratteristiche di luce polarizzata emanate dal sole, che gli umani non possono vedere, per orientarsi. Contano anche i loro passi per stabilire la distanza percorsa, rendendoli gli atleti del mondo degli insetti. Combinando queste due fonti di informazione, le formiche possono zigzagare attraverso il deserto alla ricerca di deliziosi insetti morti e trovano comunque la loro strada verso casa con notevole accuratezza.

Robot imitatore

La percezione della luce polarizzata è un’abilità indispensabile per le formiche e forse presto servirà anche a robot e automobili autonome.

Il robot a 6 zampe citato precedentemente, chiamato AntBot, è stato appunto programmato per trovare la sua strada proprio come una formica del deserto. Non che la tua robocar del futuro sarà capace di spostarsi autonomamente solo con questa tecnologia, ma sfruttando la luce polarizzata, le macchine potrebbero aggiungere un “senso” in più, per incrementare la qualità di sistemi volubili come il GPS.

Poiché per un essere umano è impossibile vedere la luce polarizzata, può sembrare non intuitivo. Fondamentalmente, è una particolare direzione di propagazione della luce. “Cerca di immaginare che ci siano linee nel cielo orientate in una certa direzione a seconda della posizione del sole”, afferma il biorobotanico Stéphane Viollet, coautore del nuovo articolo. “C’è uno schema nel cielo, e questo schema è usato dalla formica per misurare la rotta.” È come una mappa enorme dipinta attraverso il cielo. Come puoi vedere in questo pratico video, i filtri possono esporre all’occhio umano ciò che le formiche vedono in modo naturale.

Come fa ad orientarsi come le formiche?

Per vedere come una formica del deserto, AntBot utilizza un sensore sorprendentemente semplice, noto come bussola celeste. Ha due fotodiodi che convertono la luce UV polarizzata del sole in segnali elettrici. “Questa visione è assolutamente non convenzionale”, afferma l’autore principale dello studio, Julien Dupeyroux. “Questi sono sensori molto minimalisti.”

Questa è la prima informazione di cui il robot a 6 zampe ha bisogno. La seconda è la distanza percorsa, il che è semplice: AntBot conterà anche i suoi passi, proprio come la sua musa che dimora nel deserto. Anche le formiche addestrano parte del loro occhio a terra per avere un’idea della loro velocità, che è combinata con il conteggio dei passi per dare alla bestiolina un’idea di quanto ha viaggiato, e quindi quanto lontano dovrà passeggiare per tornare indietro al nido. AntBot fa anche questo con un cosiddetto sensore ottico di flusso, fondamentalmente, distinguendo la velocità con cui il terreno si muove attraverso l’occhio.

“Hai solo bisogno di due informazioni basilari”, dice Viollet. “Hai bisogno della tua rotta, e hai bisogno della distanza percorsa. Quando decidi di tornare a casa, puoi stimare molto facilmente la tua posizione rispetto al nido. “

Non c’è spazio per errori, e il robot lo sa bene

Le formiche devono essere estremamente precise con questo tipo di calcolo, perché non c’è spazio per errori nel deserto ardente. E si scopre che AntBot può anche gestire un’accuratezza incredibile, soprattutto considerando la semplicità della sua tecnica di rilevamento. Per testarlo, i ricercatori hanno programmato il robot a 6 zampe per “andare a caccia” molto similmente a una formica del deserto, vale a dire zigzagando piuttosto che andare dritto in una direzione.

Dai un’occhiata alla figura sopra. A sinistra c’è il corso di una formica, la linea più sottile è il suo percorso in uscita e la linea più spessa e diritta è il suo ritorno a casa. A destra è il tentativo del robot a 6 zampe (i puntini sul percorso sono dove si è fermato per prendere i suoi cuscinetti). In esperimenti all’aperto, AntBot riuscì a percorrere quasi 15 metri, ed è riuscito a divinare il percorso del suo ritorno a casa con un errore di meno di un centimetro.

L’idea, quindi, è quella di adattare questo sistema come complemento ad altri sensi robotici, come la visione artificiale della macchina e il lidar (che mappa un ambiente ricoprendolo con il laser). Entrambi sono computazionalmente ed energeticamente costosi, ma i sensori di AntBot sono molto meno intensi, ricordate, sono solo due pixel che osservano la luce polarizzata UV. Inoltre, questo tipo di navigazione funziona anche quando fuori è coperto, perché la luce UV può penetrare le nuvole.

Quali sono i vantaggi di questa nuova tecnologia?

Potrebbe anche aiutare a compensare i limiti del GPS, che sono particolarmente problematici per le auto a guida autonoma. “Ci sono molte strutture metalliche nelle città, e questo disturba il campo magnetico”, dice Julien Serres, coautore sulla carta. “Pensiamo che l’aggiunta di questo tipo di sensore visivo possa aiutare a ottenere informazioni affidabili per il pilota automatico.”

Per la robotica in generale, questo approccio è un altro esempio di come il mondo naturale possa offrire idee progettuali per superare le carenze della tecnologia esistente. La selezione naturale aborre uno spreco di energia – tutte le creature sono ottimizzate per utilizzare generalmente il meno possibile come una questione di sopravvivenza. Le formiche del deserto non fanno eccezione. Ciò che questi ricercatori hanno fatto è cooptare un modo di percepire il mondo altamente efficiente dal punto di vista energetico, che possono poi perfezionare ulteriormente.

“Penso che sia una strategia che funziona davvero bene“, afferma Jeremy Fishel, cofondatore e CTO di SynTouch, che ha sviluppato un sistema che permette ai robot di avvertire il senso del tatto (sistema usato per le protesi next-gen). “Tu studi la biologia, e poi la porti nel mondo artificiale”, significa che questi ricercatori possono prendere un sistema che la selezione naturale ha accuratamente affinato per millenni e perfezionarlo per un robot.

Quindi, ecco la formica del deserto, che lavora duramente all’inferno e inavvertitamente aiuta questo robot a 6 zampe a navigare in questo nostro grande e brutto mondo.