Si chiama Elizabeth ed è un robot serpente capace di entrare in spazi angusti e muoversi facilmente tra macerie e detriti per arrivare dove gli altri non riescono. Tuttavia, qualche anno fa, durante una missione archeologica in Egitto, Elizabeth ha mostrato di essere incapace di scalare una duna di sabbia. Howie Choset, professore di robotica alla Carnegie Mellon University, ha perciò cercato una soluzione a questo problema, studiando la tecnica di locomozione dei serpenti a sonagli, in particolare del Crotalo Ceraste.
Il Crotalo Ceraste, serpente a sonagli velenoso che vive nei deserti tra Stati Uniti e Messico, è famoso per il suo particolare modo di muoversi chiamato “sidewind”, un movimento laterale continuo che permette al crotalo di scalare senza problemi le dune di sabbia più ripide – l’unica altra specie ad adottare questo movimento è la Vipera di Peringuey che vive in Africa. È stata proprio questa caratteristica a spingere Choset e i suoi colleghi a studiare questi rettili e le loro tecniche di locomozione per migliorare il robot serpente Elizabeth.
Lo studio, pubblicato su Science, che ha coinvolto il Georgia Institute of Technology e l’Oregon State University oltre alla già citata Carnegie Mellon University, è stato condotto allo zoo di Atlanta, dove gli scienziati hanno esaminato le tecniche spostamento di diverse specie di serpenti. In uno degli esperimenti gli esemplari sono stati posti su una superficie sabbiosa, ricreata per l’occasione, con pendenza pari a 20° (7° in meno di quella a cui la sabbia inizia a scivolare indisturbata verso il basso) per simulare il fianco di una duna. Gli unici in grado di salire la piattaforma senza problemi sono stati i crotali, dimostrando così di meritarsi il soprannome “sidewinders”. “È stato abbastanza divertente leggere uno dei commenti al nostro studio, in cui si diceva che era ovvio come si muovevano i crotali”, dice Daniel Goldman, professore di biomeccanica al Georgia Institute of Technology di Atlanta, “Beh, a quanto pare non è stato così ovvio per gli altri serpenti”. Sulla diversità di movimento tra le specie si è espresso anche John Socha del Virgina Tech, non coinvolto nello studio, che ha sottolineato come la tecnica del crotalo sia il risultato dell’evoluzione: “Per questa tecnica è stato indispensabile un cambiamento nei controlli neuromotori, che ha permesso di perfezionare i tempi di attivazione dei muscoli in corrispondenza con i movimenti necessari per il sidewind”.
Grazie all’esperimento gli scienziati hanno notato la particolarità del movimento del crotalo. Questo infatti non si muove come gli altri serpenti: spinge prima la testa in verticale verso la cima del pendio, creando un appoggio, mentre successivamente scivola in orizzontale con il resto del corpo, in un movimento continuo, quasi ipnotico, che lascia un’impronta a forma di uncino sulla sabbia. “Questi serpenti tendono ad aumentare l’area di contatto del loro corpo con la superficie a seconda della pendenza”, ha dichiarato Goldman. “Le parti del corpo a contatto con la sabbia durante la salita non scivolano mai indietro, grazie alla capacità del crotalo di applicare la giusta quantità di forza nei movimenti, che gli permette di continuare l’ascesa evitando che la sabbia sotto di lui scivoli via”.
Questa ricerca mostra come la collaborazione tra campi di ricerca differenti possa portare a una “win-win situation”, una situazione in cui tutti vincono. Cercare una soluzione al problema di Elizabeth ha spinto la robotica a interessarsi dei serpenti, permettendo così ai biologi di conoscere le basi nascoste dietro il movimento dei sidewinders e, attraverso l’uso dei robot, scoprirne la velocità di movimento; allo stesso tempo lo studio dei sidewinders da parte dei biologi ha permesso alla robotica di trovare un modo per far affrontare dune sabbiose ai robot serpente come Elizabeth.
Riferimenti: Science doi:10.1126/science.1255718
Credits immagine: Rob Felt
