Camminare su più gambe potrebbe essere molto più semplice di quanto si pensasse in precedenza

Camminare su più gambe potrebbe essere molto più semplice di quanto si pensasse in precedenza

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

Questo è importante perché consentirà agli esperti di robotica di costruire modelli molto più semplici per descrivere come i robot camminano e si muovono nel mondo”.

Nick Gravish, coautore dell'articolo, membro della facoltà, Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale, 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. Hanno scoperto una nuova relazione matematica tra camminare, saltare, scivolare e nuotare in fluidi viscosi per animali e robot con più zampe.

Il team ha studiato diverse colonie di formiche argentine presso l'Università della California a San Diego e due diversi tipi di robot con 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 guidato la maggior parte della ricerca sulle formiche quando era borsista post-dottorato nel laboratorio di Gravish alla UC San Diego.

Le formiche argentine sono buone camminatrici, capaci di percorrere lunghe distanze su terreni diversi. Queste formiche si adattano facilmente anche agli ambienti di laboratorio e ricostruiscono rapidamente le loro colonie. I ricercatori possono quindi motivarli a camminare posizionando il cibo in luoghi specifici. "Queste formiche creeranno percorsi di alimentazione e li seguiranno", ha detto Clifton. "Si riprendono rapidamente e non portano 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 converte i movimenti complessi del corpo in forme. "Questo algoritmo ci consente di stabilire una relazione semplice tra la tua postura e il tuo prossimo movimento", ha detto Gravish.

I ricercatori hanno scoperto che gli stessi algoritmi potevano essere applicati sia alle formiche che ai due diversi tipi di robot coinvolti nello studio, sebbene l’entità dello scivolamento durante la deambulazione fosse molto diversa. Anche le formiche argentine scivolano poco quando camminano: solo il 4,7% del movimento totale. Al contrario, questa percentuale di scivolamento va dal 12% al 22% per il robot BigANT a sei zampe e dal 40% al 100% per i robot Multipod a sei-12 zampe presi in esame 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 forma – che adotteranno. “Ciò fornisce un modello di localizzazione universale 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 i calcoli si applicassero solo allo scivolamento e al nuoto in fluidi viscosi. Il team ha dimostrato che le stesse equazioni si applicano alla camminata con più gambe, indipendentemente dal fatto che i camminatori scivolino o meno. Inoltre, le stesse regole si applicano dagli insetti di dimensioni millimetriche come le formiche ai robot di dimensioni pari a un metro. Una prima versione del titolo del documento era “Walking Like a Worm”.

“L’universalità di questo approccio può avere applicazioni nella progettazione dei robot e nella pianificazione del movimento e fornisce informazioni sull’evoluzione e sul controllo della locomozione basata sulle gambe”, scrivono i ricercatori.

I ricercatori ritengono che questi principi universali potrebbero avere implicazioni per la comprensione di importanti transizioni evolutive, come dal nuoto al camminare. Poiché camminare, anche se implica scivolare, segue gli stessi principi generali di controllo del nuoto viscoso, i primi animali terrestri potrebbero già avere avuto i circuiti neurali necessari per la locomozione sulla terra.

I ricercatori non hanno studiato le creature bipedi, ma il modello si applicherebbe a loro purché si muovano lentamente; avere entrambi i piedi sul pavimento contemporaneamente; e non cadere. (Immagina Michael Jackson che fa il moonwalking.)

Il team deve ancora fare qualche messa a punto, ad esempio per capire quale ruolo giocano le forze di attrito nel modello.

"In ogni caso, camminare potrebbe essere molto più facile di quanto pensiamo normalmente", ha detto Gravish.

Fonte:

Università della California, San Diego

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