Biomimetica, la robotica che si ispira alla natura

La biomimetica o robotica bioispirata è una disciplina che studia e imita i processi biologici e della natura. Cosa possiamo apprendere dalla natura? Perché ispirarci alla natura per realizzare un robot?

L’uomo studia da sempre la natura. Per comprendere come sono fatti gli esseri viventi che ci circondano, come vivono, su quali meccanismi si basano la loro esistenza e le loro interazioni.

Con l’avvento della tecnologia anche il modo di guardare la natura è cambiato. Capire come vivono gli esseri viventi e come si relazionano può essere utile anche per costruire robot ecosostenibili, che siano in grado di aiutare l’uomo in diversi settori.

Finora non mi sono mai interessata al mondo dei robot e dell’intelligenza artificiale. Ora è arrivato il momento di farlo. I robot sono già nel nostro presente e faranno parte del nostro futuro.

Per il mio approccio al mondo della robotica ho deciso di farmi guidare da una collega molto illustre: la biologa Barbara Mazzolai. Leggendo il suo libro “La natura geniale” ho iniziato a vedere il mondo della robotica e quello della natura con occhi diversi.

In questo primo post ti racconto cos’è la biomimetica e perché utilizzarla renderà migliore il nostro futuro.

Cos’è la biomimetica

La biomimetica o biomimesi è una disciplina nata attorno al 1960. Si occupa di studiare la natura e i meccanismi biologici e fisiologici che la regolano per applicarli al mondo dei robot. Invece la parola robot è stata usata per la prima volta in un racconto del 1920.

Secondo le ricerche di Barbara Mazzolai fu Leonardo da Vinci nel 1495 a progettare e realizzare il primo robot simile all’uomo. Si chiamava Automa cavaliere ed era un umanoide in grado di muovere la testa, le braccia e le gambe.

Da allora sono passati millenni e ci sono state numerose rivoluzioni industriali, tanto che questa della robotica è indicata da molti studiosi come la quarta rivoluzione industriale. 

La robotica è quella parte della scienza che studia come costruire macchine che si muovono, che hanno una certa sensibilità e percezione dello spazio. Ci ispiriamo alla natura e agli animali perché ci sono azioni, comportamenti, modi di crescere che noi uomini non abbiamo – ma che vorremmo tanto avere.

Sarebbe molto utile correre veloce come un ghepardo, muoversi sicuri su tutte le superfici come un insetto o ancora crescere all’infinito senza invecchiare come una pianta. I robot ispirati alla natura potranno fare tutto questo. 

La robotica bioispirata ci viene in aiuto in caso di situazioni estreme: terremoti, catastrofi naturali, pericolo chimico. Invece di esporre un essere umano a un pericolo del genere, una macchina potrebbe fare il primo passo in questi territori e darci delle preziose informazioni su come agire.

L’esplorazione degli ambienti estremi e il monitoraggio ambientale sono altri due campi di applicazione per le macchine ispirate alla natura. Per costruire questi robot si cerca di impiegare materiali naturali ed ecologici in modo da creare un automa composto da parti perfettamente riciclabili quando saranno usurate.

Anche nel campo della medicina, degli apparecchi diagnostici, dell’endoscopia, i robot ispirati alla natura avranno un largo impiego e utilizzo.

Concepire la biologia come una fonte di ispirazione per sviluppare l’ingegno umano, questo è il fine della robotica bioispirata

– Barbara Mazzolai
Il polpo è uno degli animali modello per la creazione di robot ispirati alla natura

Perché la robotica si ispira alla natura

Biologia e tecnologia sono legate tra loro. L’uomo è da sempre curioso di capire come funziona il mondo, come sono fatti gli esseri viventi, in cosa sono simili e quanto sono diversi. Biologia e tecnologia insieme sono due discipline che possono rendere il futuro migliore, sia per gli uomini che per gli ecosistemi nei quali viviamo.

Abbiamo visto che alcune capacità delle piante o degli animali possono essere imitate e utilizzate nei robot a nostro favore. Gli studi di biomimesi che si ispirano alla natura osservano e cercano di imitare il Regno vegetale e quello animale. Nei prossimi post vorrei approfondire gli esempi relativi a questi due grandi Regni della biologia.

Ma i campi nei quali la robotica bioispirata viene utilizzata sono numerosi, come ho potuto apprendere grazie al lavoro di Barbara Mazzolai.

La biorobotica può essere applicata a diversi settori:

  • La mobilità urbana
  • La riduzione del consumo energetico 
  • La riduzione dell’inquinamento
  • Il miglioramento dei luoghi di lavoro
  • Il monitoraggio ambientale
  • La medicina e gli apparecchi medicali
  • Il benessere della persona 

Da diversi anni in queste aree di studio lavorano più di 100 istituti in diverse zone del mondo. 

Le cellule e le strutture presenti in natura sono soffici e cambiano forma facilmente. A queste caratteristiche si ispira la soft robotics, un ramo della robotica che studia materiali morbidi e deformabili presenti in natura. La pelle di alcuni animali, la capacità di movimento delle zampe, la crescita delle radici delle piante sono solo alcuni degli esempi di strutture soft che si possono riprodurre nei robot.

La natura è meravigliosa. La capacità del geco di arrampicarsi sui muri e di non staccarsi è stata studiata da anni. La pelle del polpo è così elastica che può estendersi cinque volte le sue dimensioni. Lo scarafaggio si muove con velocità su terreni impervi ma non perde mai l’equilibrio. Ecco alcune caratteristiche che vorremmo avere nei robot che ci aiutano nella vita e nelle esigenze di ogni giorno.

Per questo è importante studiare la natura: per togliere ai robot quella rigidità che in natura non esiste e renderli più simili a noi.

Il punto non è cosa possiamo prendere dalla Natura, ma piuttosto cosa possiamo apprendere da essa

– Barbara Mazzolai

Esempi di biomimetica animale e vegetale

Studiando la biologia Linneo divise gli esseri viventi in due grandi Regni: quello vegetale e quello animale. Oggi la classificazione è cambiata, ma questi due gruppi di esseri viventi vengono spesso contrapposti dato che hanno caratteristiche molto diverse tra loro.

I vegetali sono stati considerati da sempre un regno minore. Forse per la loro fissità, o incapacità di muoversi. Solo dal 1900 in poi gli studi di numerosi botanici hanno dimostrato che la loro è semplicemente una strategia diversa da quella degli animali, ma non per questo meno evoluta e intelligente. 

Le piante ci sembrano immobili perché l’uomo non ha un occhio in grado di percepire i movimenti così veloci di una pianta. Il nostro occhio non visualizza la crescita di una radice o il movimento della foglia durante il giorno se non grazie alle macchine in grado di accelerare i filmati. Grazie alla tecnologia oggi possiamo vedere quali e quanti movimenti sono in grado di compiere le piante e riportarle a quella parità con gli animali che si meritano di avere.

Gli animali sono in grado di muoversi e le loro strategie si basano sulla fuga. Ci sono animali con caratteristiche così diverse dall’uomo che si potrebbero costruire tantissimi robot ispirati al regno animale. 

Mi ha stupito l’esempio del treno ispirato al martin pescatore. Il martin pescatore è un grazioso uccello che si tuffa nell’acqua a caccia di prede. Il becco del martin pescatore ha una forma così aerodinamica che è stato preso ad esempio per costruire la carrozza di testa di un treno. 

Il treno si chiama Shinkansen e si trova in Giappone. La sua velocità all’ingresso delle gallerie è aumentata del 10% mentre il suo consumo energetico si è ridotto del 15%. E non si sente più un grande boato fastidioso quando il treno fa il suo ingresso nelle gallerie.

Questo è solo l’inizio. Nei prossimi post ti racconterò alcuni esempi di robot ispirati agli animali e alle piante. Segui il blog per saperne di più su biologia e tecnologia.

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