La fisica del camminare per animali e robot a più zampe è più semplice di quanto si pensasse. Questa è la scoperta descritta da un team di robotici, fisici e biologi nel numero del 5 settembre degli Proceedings of National Academy of Sciences, in un articolo intitolato "Camminare è come strisciare:una visione unificante della locomozione basata sui dati".

"Questo è importante perché consentirà ai robotici di costruire modelli molto più semplici per descrivere il modo in cui i robot camminano e si muovono attraverso il mondo", ha affermato il coautore dell'articolo Nick Gravish, membro della facoltà del Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale dell'Università della California San Diego.

I ricercatori avevano precedentemente studiato la camminata delle formiche e volevano vedere come le loro scoperte potessero essere applicate ai robot. Nel processo, hanno scoperto una nuova relazione matematica tra camminare, saltare, strisciare e nuotare in fluidi viscosi per animali a più zampe e robot.

Il team ha studiato diverse colonie di formiche argentine presso la UC San Diego e due diversi tipi di robot a più gambe presso l'Università del Michigan.

"Le formiche argentine sono molto facili da studiare in laboratorio", ha detto la coautrice dell'articolo Glenna Clifton, membro della facoltà dell'Università di Portland, che ha condotto la maggior parte della ricerca sulle formiche mentre era una ricercatrice post-dottorato nel laboratorio di Gravish all'UC San Diego.

Le formiche argentine sono buone camminatrici che possono percorrere lunghe distanze su vari terreni. Queste formiche si adattano facilmente anche alle impostazioni di laboratorio, ricostruendo rapidamente le loro colonie. I ricercatori possono quindi motivarli a camminare posizionando il cibo in luoghi specifici. "Queste formiche allestiranno percorsi di foraggiamento e li seguiranno", ha detto Clifton. "Si riprendono rapidamente e non serbano rancore".

Per studiare questi diversi animali e robot, i ricercatori hanno utilizzato un algoritmo sviluppato dal gruppo di ricerca di Shai Revzen presso l'Università del Michigan, che trasforma i movimenti complessi del corpo in forme. "Questo algoritmo ci consente di creare una semplice relazione tra la postura in cui ti trovi e la posizione in cui ti muoverai", ha detto Gravish.

I ricercatori hanno scoperto che gli stessi algoritmi potrebbero essere applicati sia alle formiche che ai due diversi tipi di robot nello studio, anche se la quantità di movimenti di scivolamento quando camminano varia ampiamente. Inoltre, le formiche argentine non scivolano molto quando camminano, solo il 4,7% del movimento totale. Al contrario, tale percentuale di slittamento va dal 12% al 22% per il robot BigANT a sei gambe e dal 40% al 100% per i robot multipod con sei-12 gambe nello studio, che a volte strisciano.

Utilizzando questo modello, i ricercatori possono prevedere dove si muoverà l'insetto o il robot semplicemente in base alla postura o alla forma che stanno assumendo. "Questo fornisce un modello universale per la posizione che si applica ogni volta che il movimento è dominato dall'attrito con l'ambiente", scrivono i ricercatori.

La matematica utilizzata dai ricercatori non è nuova. Ma si pensava che la matematica si applicasse solo allo scivolamento e al nuoto in liquidi viscosi. Il team ha mostrato che le stesse equazioni si applicano alla camminata con più gambe, indipendentemente dal fatto che i camminatori stiano scivolando o meno. Inoltre, le stesse regole si applicano dagli insetti su scala millimetrica, come le formiche, ai robot su scala metrica. Una delle prime versioni del titolo del giornale era "camminare come un verme".

"L'universalità di questo approccio può avere applicazioni nella progettazione di robot e nella pianificazione del movimento e fornisce informazioni sull'evoluzione e il controllo della locomozione con le gambe", scrivono i ricercatori.

I ricercatori ipotizzano che questi principi universali possano avere implicazioni per la comprensione delle principali transizioni evolutive, ad esempio dal nuoto al camminare. Dato che camminare, anche scivolando, segue gli stessi principi di controllo generali del nuoto viscoso, i primi animali terrestri potrebbero già avere i circuiti neurali necessari per la locomozione sulla terraferma.

I ricercatori non hanno studiato le creature a due zampe, ma il modello si applicherebbe a loro purché si muovano lentamente, abbiano entrambi i piedi per terra contemporaneamente e non cadano. (Illustrate Michael Jackson mentre fa il moonwalk.)

Il team ha ancora ulteriori perfezionamenti da fare per comprendere, ad esempio, il ruolo delle forze di attrito nel modello.

"Ad ogni modo, camminare può essere molto più semplice di quanto pensiamo", ha detto Gravish. + Esplora ulteriormente

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