I serpenti vivono in ambienti diversi che vanno dai deserti insopportabilmente caldi alle lussureggianti foreste tropicali, dove strisciano sugli alberi, rocce e arbusti ogni giorno. Studiando come si muovono questi serpenti, Gli ingegneri della Johns Hopkins hanno creato un robot serpente che può salire agilmente e stabilmente grandi gradini.

Le nuove scoperte del team, pubblicato in Giornale di Biologia Sperimentale e Royal Society Scienza Aperta , avanzare nella creazione di robot di ricerca e soccorso in grado di navigare con successo su terreni insidiosi.

"Guardiamo a queste creature raccapriccianti per l'ispirazione del movimento perché sono già così abili nel ridimensionare stabilmente gli ostacoli nelle loro vite quotidiane. Speriamo che il nostro robot possa imparare a oscillare e tessere su superfici proprio come i serpenti, "dice Chen Li, un assistente professore di ingegneria meccanica presso la Johns Hopkins University e autore senior dei giornali.

Studi precedenti avevano osservato principalmente i movimenti dei serpenti su superfici piane, ma raramente in terreno 3-D tranne che sugli alberi, dice Li, e non tengono conto dei grandi ostacoli della vita reale come macerie e detriti che i robot di ricerca e soccorso dovrebbero scavalcare.

La squadra di Li ha prima studiato come il serpente reale variabile, un serpente che si trova comunemente a vivere sia nei deserti che nelle foreste di querce, scalato i gradini nel Laboratorio di Terradinamica di Li. Il laboratorio di Li fonde i campi della robotica, biologia e fisica insieme per studiare i movimenti degli animali per suggerimenti e trucchi per costruire robot più versatili.

"Questi serpenti devono viaggiare regolarmente attraverso massi e alberi caduti; sono i maestri del movimento e c'è molto che possiamo imparare da loro, "dice Li.

Li e il suo team hanno condotto una serie di esperimenti, cambiando l'altezza del gradino e l'attrito della superficie dei gradini per osservare proprio come i serpenti contorcevano i loro corpi in risposta a queste barriere.

Hanno scoperto che i serpenti dividevano i loro corpi in tre sezioni:il loro corpo anteriore e posteriore si contorceva avanti e indietro sui gradini orizzontali come un'onda mentre la parte centrale del corpo rimaneva rigida, in bilico proprio così, per superare il grande passo. Le porzioni vorticose, hanno notato, forniva stabilità per evitare che il serpente si ribaltasse.

Mentre i serpenti si avvicinavano e salivano sul gradino, le tre sezioni del corpo hanno viaggiato lungo ogni segmento del corpo. Come sempre più del serpente ha raggiunto il passo, la sua sezione del corpo anteriore si allungherebbe e la sua sezione posteriore si accorcerebbe mentre la sezione del corpo centrale rimaneva all'incirca della stessa lunghezza, sospeso verticalmente sopra i due gradini.

Se i gradini diventassero più alti e più scivolosi, i serpenti si muoverebbero più lentamente e muoverebbero meno il corpo anteriore e posteriore per mantenere la stabilità.

Dopo aver analizzato i loro video e aver notato come i serpenti salivano i gradini del laboratorio, Qiyuan Fu, uno studente laureato nel laboratorio di Li, ha creato un robot per imitare i movimenti degli animali.

All'inizio, il serpente robot aveva difficoltà a rimanere stabile sui gradini e spesso traballava e si capovolgeva o rimaneva bloccato sui gradini. Per affrontare questi problemi, i ricercatori hanno inserito un sistema di sospensione (come quello della tua auto) in ogni segmento del corpo in modo che potesse comprimersi contro la superficie quando necessario. Dopodichè, il robot serpente era meno traballante, gradini più stabili e saliti fino al 38% della sua lunghezza corporea con una percentuale di successo di quasi il 100%.

Rispetto ai robot serpente di altri studi, Il robot serpente di Li era più veloce e stabile di tutti tranne uno, e si avvicinò persino a imitare la velocità effettiva del serpente. Uno svantaggio del sistema di sospensione del corpo aggiunto, però, era il robot utilizzato più elettricità.

"L'animale è ancora molto più superiore, ma questi risultati sono promettenti per il campo dei robot in grado di attraversare grandi ostacoli, "aggiunge Li.

Prossimo, il team testerà e migliorerà il robot serpente per terreni 3D ancora più complessi con grandi ostacoli non strutturati.