Progettare droni è cosa da uccelli
Sono stati gli uccelli a ispirare l’uomo ad alzarsi in volo e oggi, con l’avvento dei droni e della mobilità aerea urbana, ci rivolgiamo ancora una volta ai nostri amici pennuti. «Gli uccelli hanno una capacità impareggiabile di atterrare sui posatoi, di intercettare bersagli in movimento e di evitare le collisioni: tutte sfide importanti, ma non ancora risolte, per le attuali tecnologie dei droni», spiega Graham Taylor, docente di Biologia matematica presso l’Università di Oxford. Ispirandosi a queste capacità e grazie al sostegno del progetto HawkEye, finanziato dall’UE, Taylor ha iniziato a studiare il modo in cui gli uccelli usano la vista per guidare e controllare il proprio volo. «Il nostro obiettivo era quello di applicare queste conoscenze alla progettazione di sistemi aerei autonomi», aggiunge.
Il volo animale incontra i megadati
Utilizzando un laboratorio di motion capture al chiuso costruito appositamente per questo studio, il progetto ha registrato oltre 20 000 voli di diverse specie di uccelli. «Questo progetto ha davvero portato lo studio del volo animale nell’era dei megadati», osserva Taylor. Per convalidare sul campo i risultati ottenuti in laboratorio, i ricercatori hanno inoltre sviluppato nuove tecniche di videografia ad alta velocità e di registrazione dei dati tramite GNSS. Queste nuove tecniche hanno consentito al gruppo di ricerca di registrare i movimenti degli uccelli sul campo con una precisione di pochi centimetri. «I risultati dei nostri studi di motion capture e delle simulazioni al computer sono stati convalidati rispetto ai risultati raccolti sul campo, che comprendevano di tutto, dai falchi che cacciano i galli cedroni in Scozia ai falchi che inseguono gli sciami di pipistrelli nel Nuovo Messico», spiega Taylor.
Comprendere matematicamente i comportamenti degli uccelli
Secondo Taylor, questo quadro combinato di calcolo e sperimentazione ha aperto le porte a nuove conoscenze sui comportamenti di volo naturali. Ad esempio, ora i ricercatori non solo sanno in che modo gli uccelli atterrano su un posatoio, intercettano bersagli in movimento ed evitano le collisioni, ma hanno anche scoperto che gli uccelli sono in grado di modellare questi compiti impegnativi, e persino di prevederli, con un grado di precisione elevato. Oltre a capire come gli uccelli svolgono un particolare compito, il progetto ha inoltre studiato il motivo per cui lo eseguono nel modo in cui lo fanno. Per esempio, i ricercatori hanno concluso che gli uccelli adottano traiettorie in picchiata quando volano fra posatoi per ridurre al minimo la distanza dal posatoio alla quale entrano in uno stallo pericoloso. «La cosa più importante è comprendere questi comportamenti matematicamente, nello stesso modo in cui il sistema di guida di un veicolo verrebbe compreso dall’ingegnere di controllo che lo ha progettato», osserva Taylor. «Ciò significa che i meccanismi che abbiamo individuato sono pronti per essere messi applicati ai sistemi autonomi.»
Sorprese inaspettate
Come qualsiasi ricerca scientifica, il progetto HawkEye, che ha ricevuto il sostegno del Consiglio europeo della ricerca, ha avuto la sua bella quota di imprevisti. Naturalmente ci sono state le difficoltà della pandemia di COVID-19, ma anche quelle uniche legate al tipo di lavoro sul campo, in particolare un serpente a sonagli velenoso che ha deciso di usare l’attrezzatura fotografica come postazione per prendere il sole. Ma forse la sorpresa più grande è stata l’applicabilità del progetto ben oltre lo sviluppo del volo autonomo. «Quando ho iniziato questa ricerca, le applicazioni principali che vedevo erano quelle dei veicoli autonomi», conclude Taylor. «Quello che non avevo previsto erano alcune altre applicazioni emergenti, che vanno dal prevenire la collisione degli uccelli con le turbine eoliche all’impedire loro di appollaiarsi sulle strutture.» Oltre a far progredire la sua ricerca nel campo della progettazione di aeromobili, Taylor ha chiesto finanziamenti per approfondire ulteriormente questi altri ambiti, fra cui l’apprendimento dei comportamenti di volo.
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