I robot autonomi eccellono nelle fabbriche e in altri spazi artificiali, ma lottano con la casualità della natura.

Per aiutare queste macchine a superare terreni irregolari e altri ostacoli, I ricercatori dell'Università di Buffalo si sono rivolti ai castori, termiti e altri animali che costruiscono strutture in risposta a semplici segnali ambientali, invece di seguire piani prestabiliti.

"Quando un castoro costruisce una diga, non sta seguendo un progetto. Anziché, sta reagendo all'acqua in movimento. Sta cercando di fermare il flusso dell'acqua, "dice Nils Napp, dottorato di ricerca, assistente professore di informatica e ingegneria presso la School of Engineering and Applied Sciences di UB. "Stiamo sviluppando un sistema per consentire ai robot autonomi di comportarsi in modo simile. Il robot monitora e modifica continuamente il suo terreno per renderlo più mobile".

Il lavoro è descritto in uno studio che sarà presentato questa settimana alla conferenza Robots:Science and Systems. Il lavoro potrebbe avere implicazioni nelle operazioni di ricerca e salvataggio, esplorazione planetaria per veicoli in stile rover su Marte e altre aree.

È tutta questione di matematica

Mentre il progetto coinvolge animali e robot, il suo obiettivo principale è la matematica:in particolare, sviluppo di nuovi algoritmi:gli insiemi di regole di cui le macchine autonome hanno bisogno per dare un senso al loro ambiente e risolvere i problemi.

Creazione di algoritmi per un robot autonomo in un ambiente controllato, come uno stabilimento automobilistico, è relativamente semplice. Ma è molto più difficile da realizzare in natura, dove gli spazi sono imprevedibili e hanno schemi più complessi, dice Napp.

Per affrontare il problema, sta studiando la stigmergia, un fenomeno biologico che è stato utilizzato per spiegare tutto, dal comportamento di termiti e castori alla popolarità di Wikipedia.

Secondo la stigmergia, i complessi nidi che costruiscono le termiti non sono il risultato di piani ben definiti o di profonde comunicazioni. Anziché, è un tipo di coordinamento indiretto. Inizialmente, una termite depositerà una palla di fango con feromoni in un punto casuale. altre termiti, attratto dai feromoni, hanno maggiori probabilità di far cadere le palle di fango nello stesso punto. Il comportamento alla fine porta a grandi nidi di termiti.

I ricercatori hanno confrontato questo comportamento con Wikipedia e altri progetti collettivi online. Per esempio, un utente crea una pagina nell'enciclopedia online. Un altro utente lo modificherà con informazioni aggiuntive. Il processo continua a tempo indeterminato, con gli utenti che creano pagine più complesse.

Testare il rover autonomo

Utilizzando componenti standard, Napp e i suoi studenti hanno equipaggiato un mini-rover con una telecamera, software personalizzato e un braccio robotico per sollevare e depositare oggetti.

Hanno quindi creato un terreno irregolare:rocce posizionate casualmente, mattoni e pezzi di cemento rotti, per simulare un ambiente dopo un disastro come un tornado o un terremoto. Il team posiziona anche sacchi di fagioli a mano di diverse dimensioni intorno all'area simulata del disastro.

I ricercatori quindi attivano il robot, che utilizza gli algoritmi sviluppati da Napp per monitorare e scansionare continuamente il suo ambiente. Raccoglie sacchi di fagioli e li deposita in buchi e fessure tra la roccia, mattone e cemento. Alla fine le borse formano una rampa, che consente al robot di superare gli ostacoli e raggiungere la posizione di destinazione, una piattaforma piatta.

"In questo caso, è come un castoro che usa i materiali vicini per costruire. Il robot prende spunto dall'ambiente circostante, e continuerà a modificare il suo ambiente finché non avrà creato una rampa, " dice Napp. "Ciò significa che può correggere gli errori e reagire ai disturbi; per esempio fastidiosi ricercatori che incasinano rampe semi-costruite, proprio come i castori che riparano le perdite nelle loro dighe."

In 10 prove, il robot spostava da 33 a 170 sacchi, ogni volta creando una rampa che gli permettesse di raggiungere la sua posizione di destinazione.

"Proprio come un animale, il robot può funzionare completamente da solo, e reagire e cambiare l'ambiente circostante in base alle sue esigenze, " ha detto Napp.