Questo mese gli scienziati hanno pubblicato rari filmati di uno degli squali più sfuggenti dell'Artico. I risultati dimostrano che, anche con molti progressi tecnologici negli ultimi anni, resta un compito impegnativo documentare da vicino la vita marina.

Ma gli informatici del MIT credono di avere una possibile soluzione:usare i robot.

In un giornale uscito oggi, un team del Computer Science and Artificial Intelligence Laboratory (CSAIL) del MIT ha presentato "SoFi, "un morbido pesce robotico che può nuotare autonomamente accanto a veri pesci nell'oceano.

Durante le immersioni di prova nel Rainbow Reef alle Fiji, SoFi ha nuotato a una profondità di oltre 50 piedi per un massimo di 40 minuti alla volta, gestire agilmente le correnti e scattare foto e video ad alta risoluzione utilizzando (che altro?) un obiettivo fisheye.

Usando la sua coda ondulata e una capacità unica di controllare la propria galleggiabilità, SoFi può nuotare in linea retta, giro, o tuffarsi su o giù. Il team ha anche utilizzato un controller Super Nintendo impermeabile e ha sviluppato un sistema di comunicazione acustica personalizzato che ha permesso loro di cambiare la velocità di SoFi e di fargli compiere mosse e svolte specifiche.

"Per quello che ci risulta, questo è il primo pesce robotico in grado di nuotare senza legami in tre dimensioni per lunghi periodi di tempo, " dice il dottorando CSAIL Robert Katzschmann, autore principale del nuovo articolo di rivista pubblicato oggi in Robotica scientifica . "Siamo entusiasti della possibilità di poter utilizzare un sistema come questo per avvicinarci alla vita marina di quanto gli umani possano ottenere da soli".

Katzschmann ha lavorato al progetto e ha scritto il paper con la direttrice CSAIL Daniela Rus, lo studente laureato Joseph DelPreto e l'ex postdoc Robert MacCurdy, che ora è assistente professore presso l'Università del Colorado a Boulder.

Come funziona

I veicoli subacquei autonomi (AUV) esistenti sono stati tradizionalmente legati alle barche o alimentati da eliche ingombranti e costose.

In contrasto, SoFi ha una configurazione molto più semplice e leggera, con una sola fotocamera, un motore, e la stessa batteria ai polimeri di litio che si trova negli smartphone consumer. Per far nuotare il robot, il motore pompa l'acqua in due camere simili a palloncini nella coda del pesce che funzionano come una serie di pistoni in un motore. Quando una camera si espande, si piega e si flette da un lato; quando gli attuatori spingono l'acqua nell'altro canale, che si piega e si flette nell'altra direzione.

Queste azioni alternate creano un movimento laterale che imita il movimento di un vero pesce. Modificando i suoi schemi di flusso, il sistema idraulico consente diverse manovre di coda che si traducono in una gamma di velocità di nuoto, con una velocità media di circa metà della lunghezza del corpo al secondo.

"Gli autori mostrano una serie di risultati tecnici nella fabbricazione, alimentazione, e resistenza all'acqua che consentono al robot di muoversi sott'acqua senza vincoli, "dice Cecilia Laschi, professore di biorobotica alla Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, Italia. "Un robot come questo può aiutare a esplorare la barriera corallina più da vicino dei robot attuali, sia perché può avvicinarsi in modo più sicuro per la barriera corallina, sia perché può essere accettato meglio dalle specie marine."

L'intera metà posteriore del pesce è realizzata in gomma siliconica e plastica flessibile, e diversi componenti sono stampati in 3D, compresa la testa, che contiene tutta l'elettronica. Per ridurre la possibilità che l'acqua penetri nel macchinario, la squadra ha riempito la testa con una piccola quantità di olio per bambini, poiché è un fluido che non si comprimerà dalle variazioni di pressione durante le immersioni.

Infatti, una delle maggiori sfide del team è stata quella di far nuotare SoFi a diverse profondità. Il robot ha due pinne laterali che regolano il passo del pesce per l'immersione in alto e in basso. Per regolare la sua posizione in verticale, il robot è dotato di un vano pesi regolabile e di una "unità di controllo dell'assetto" che può modificarne la densità comprimendo e decomprimendo l'aria.

Katzschmann afferma che il team ha sviluppato SoFi con l'obiettivo di essere il più non distruttivo possibile nel suo ambiente, dal minimo rumore del motore alle emissioni ultrasoniche del sistema di comunicazione della squadra, che invia comandi utilizzando lunghezze d'onda da 30 a 36 kilohertz.

"Il robot è in grado di effettuare osservazioni e interazioni ravvicinate con la vita marina e sembra non disturbare i pesci veri, "dice Rus.

Il progetto fa parte di un più ampio corpus di lavoro al CSAIL focalizzato su robot morbidi, che hanno il potenziale per essere più sicuri, più robusto, e più agili delle loro controparti dal corpo duro. I robot morbidi sono per molti versi più facili da controllare rispetto ai robot rigidi, poiché i ricercatori non devono preoccuparsi così tanto di dover evitare collisioni.

"La prevenzione delle collisioni spesso porta a un movimento inefficiente, poiché il robot deve accontentarsi di una traiettoria priva di collisioni, "dice Rus, l'Andrew ed Erna Viterbi Professore di Ingegneria Elettrica e Informatica al MIT. "In contrasto, un robot morbido non solo ha maggiori probabilità di sopravvivere a una collisione, ma potrebbe usarlo come informazione per informare un piano di movimento più efficiente la prossima volta."

Come prossimi passi il team lavorerà su diversi miglioramenti su SoFi. Katzschmann prevede di aumentare la velocità del pesce migliorando il sistema di pompaggio e modificando il design del corpo e della coda.

Dice che hanno anche in programma di utilizzare presto la fotocamera di bordo per consentire a SoFi di seguire automaticamente i pesci reali, e per costruire ulteriori SoFi per i biologi per studiare come i pesci rispondono ai diversi cambiamenti nel loro ambiente.

"Consideriamo SoFi come un primo passo verso lo sviluppo di una sorta di osservatorio sottomarino, " dice Rus. "Ha il potenziale per essere un nuovo tipo di strumento per l'esplorazione dell'oceano e per aprire nuove strade per scoprire i misteri della vita marina".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.