Pilotare un veicolo aereo senza pilota (UAV) come droni o quadricotteri è un'esperienza entusiasmante, ma farli atterrare in modo più sicuro non è divertente, soprattutto quando quegli UAV sono progettati per operazioni militari e costano milioni di dollari.
Gli attuali UAV sono alquanto restrittivi perché hanno ali fisse e rigide che riducono la flessibilità nel volo. Per estendere il funzionamento degli attuali UAV ad ala fissa, i ricercatori hanno condotto diversi esperimenti in passato con strutture alari morphing, ispirate agli uccelli, hanno utilizzato algoritmi di apprendimento automatico per apprendere un controllore di volo ispirandosi alla natura.
Un team di ricercatori dell'Università di Bristol e dei servizi di difesa BMT ha utilizzato un aereo RC standard con un'ala dalla forma unica. Come mostrato nel video qui sotto, l'ala può rimodellare se stessa mentre vola, permettendo al sistema di oscillare mentre atterra come un uccello che si avvicina al suo trespolo. Questa ala morphing scavalca l'aria, fa salire leggermente l'UAV e poi su un percorso molto più nitido e più breve. Sfortunatamente, i ricercatori non sono stati in grado di perfezionare gli artigli di presa per sostituire il carrello di atterraggio, ma hanno abbassato abbastanza bene il movimento in picchiata.
Per risolvere questo enigma e creare robot aerei che atterrano come un uccello, i ricercatori di Stanford studiano gli uccelli con cinque telecamere ad alta velocità. La dottoranda Diana Chin usa un uccellino azzurro pallido di nome Gary per svolgere le sue ricerche. Quando Diana punta il dito, Gary vola su un trespolo ricoperto di teflon, rendendo apparentemente impossibile tenersi forte. Il successo dell'atterraggio di Gary sul teflon e su altri poli di una varietà di materiali insegna ai ricercatori come creare macchine che atterrano come un uccello.
“I moderni robot aerei di solito richiedono una pista o una superficie piana per un facile decollo e atterraggio. Per un uccello, c'è un potenziale punto di atterraggio quasi ovunque, anche nelle città. Volevamo capire come si ottiene questo obiettivo e le dinamiche e le forze coinvolte", ha affermato Chin, assistente professore di ingegneria meccanica.
Anche i robot più avanzati non sono affatto vicini alla capacità degli animali di afferrare oggetti di varie forme, dimensioni e trame. I ricercatori, quindi, hanno raccolto dati sull'atterraggio di Gary e di altri due uccelli su diverse superfici che includono una varietà di posatoi naturali e artificiali ricoperti di schiuma, carta vetrata e teflon.
La ricerca, pubblicata su eLife il 6 agosto, include studi dettagliati sull'attrito prodotto da artigli e zampe di uccelli. I ricercatori hanno scoperto da questo lavoro che il segreto della versatilità di appollaiati del pappagallo è nella presa.
"Quando abbiamo elaborato per la prima volta i nostri dati sulla velocità di avvicinamento e le forze quando l'uccello è atterrato, non abbiamo notato differenze evidenti. Ma poi abbiamo iniziato a guardare la cinematica dei piedi e degli artigli, i dettagli di come li muovevano, e abbiamo scoperto che li adattavano per aderire all'atterraggio", ricorda Chin.
A seconda della loro osservazione all'atterraggio, la misura in cui gli uccelli si avvolgevano le dita dei piedi e arricciavano gli artigli variava. Su superfici ruvide o morbide, come schiuma di medie dimensioni, carta vetrata e posatoi in legno roccioso, le loro gambe potrebbero generare elevate forze di compressione con poco aiuto dagli artigli. Sui trespoli più difficili da afferrare – il legno di seta, il teflon e la grande betulla – gli uccelli arricciarono di più gli artigli, trascinandoli lungo la superficie del trespolo finché non furono al sicuro.
Questa presa variabile suggerisce che i ricercatori potrebbero separare il controllo dell'atterraggio in avvicinamento dalle azioni necessarie per un atterraggio di successo quando si costruiscono robot per atterrare su una varietà di superfici. Le loro misurazioni hanno anche dimostrato che gli uccelli possono riposizionare i loro artigli in soli 1 o 2 millisecondi da un dosso o una fossa afferrabili all'altro. (Ci vogliono da 100 a 400 millisecondi perché un essere umano sbatta le palpebre.)