Sommario
Il controllo e la propulsione degli autonomi subacquei rappresentano una delle sfide tecniche più significative nell’ambito della robotica marina. Le correnti oceaniche, spesso percepite come ostacolo, diventano ora opportunità grazie a un progetto sperimentale sviluppato da Caltech, in cui il Carl-Bot – acronimo di Caltech Autonomous Reinforcement Learning Robot – ha dimostrato di sapersi muovere in modo efficiente sfruttando anelli vorticosi sottomarini per la propria propulsione.
Questo sviluppo rappresenta una svolta nel settore dei sistemi a bassa potenza per l’esplorazione autonoma, con implicazioni che toccano anche il campo della biomimetica applicata.
Jellyfish bioniche e decisioni autonome nel mondo subacqueo
Il team guidato da John Dabiri, professore di aeronautica e ingegneria meccanica presso Caltech, da anni sperimenta l’impiego di meduse bioniche dotate di elettronica integrata e capacità di trasporto passivo di strumenti di rilevamento. Tuttavia, uno dei limiti principali di questi organismi marini modificati è l’assenza di un sistema decisionale: non sono controllabili a distanza e non possiedono un “cervello” in grado di scegliere traiettorie o strategie di navigazione.
Per superare questo ostacolo, Dabiri e Peter Gunnarson, ex dottorando ora presso la Brown University, hanno progettato un approccio innovativo: dotare sistemi autonomi marini di un algoritmo decisionale minimale, ma efficiente, capace di riconoscere e sfruttare le condizioni ambientali favorevoli.
Esperimenti con anelli vorticosi: l’intelligenza ambientale di Carl-Bot
Nel laboratorio di aeronautica Guggenheim di Caltech, Gunnarson ha costruito un sistema sperimentale in cui una vasca da 5 metri genera, tramite propulsori controllati, anelli vorticosi simili ai cerchi di fumo ma in acqua. Questi fenomeni rappresentano le turbolenze che un drone subacqueo reale potrebbe incontrare nell’ambiente oceanico.
Utilizzando un semplice accelerometro a bordo, Carl-Bot ha rilevato il movimento generato dai vortici. In alcuni casi, il robot veniva trasportato per metri all’interno della vasca, sfruttando l’energia della corrente. Gunnarson ha allora implementato una logica di controllo estremamente semplificata, capace di:
- Riconoscere la presenza e la direzione di un vortice;
- Posizionarsi per essere trasportato gratuitamente dalla corrente;
- Oppure evitare il vortice in caso non desiderasse essere influenzato.
Un solo sensore, una strategia efficace: biomimetica in azione
Il risultato sorprendente di questo esperimento risiede nella semplicità del sistema. A differenza di modelli di intelligenza artificiale complessi, Carl-Bot utilizza un solo sensore e un insieme ristretto di regole comportamentali per simulare decisioni strategiche simili a quelle osservate in natura. Dabiri paragona il comportamento di Carl-Bot a quello degli uccelli che sfruttano le correnti d’aria o dei pesci che seguono vortici marini per ridurre il consumo energetico.
La differenza fondamentale è che Carl-Bot lo fa senza cervello, senza rete neurale, e senza interfacce complesse. Il concetto base è quello dell’efficienza bioispirata con implementazione tecnica ridotta all’essenziale.
Obiettivi futuri: integrare l’autonomia con le jellyfish artificiali
Il prossimo passo, secondo Dabiri, sarà trasferire questa logica comportamentale nelle meduse bioniche. I prototipi futuri potranno integrare sensori come l’accelerometro, e adottare strategie di propulsione passiva, rendendo queste piattaforme ancora più efficienti ed ecologiche per missioni di lungo periodo.
L’obiettivo finale è costruire sistemi bioibridi in grado di:
- Esplorare fondali marini con minimo impatto;
- Raccogliere dati ambientali in modo distribuito;
- Operare per mesi senza ricarica, sfruttando l’energia cinetica dell’ambiente.
La ricerca, pubblicata su PNAS Nexus con il titolo “Surfing vortex rings for energy-efficient propulsion”, è stata finanziata dalla National Science Foundation e si inserisce nel crescente trend di ricerca legato alla sostenibilità dell’esplorazione sottomarina.
