Insetto genera energia dal movimento delle ali

Sono ormai anni che i laboratori di robotica di tutto il mondo sono presi dallo sviluppo di insetti artificiali, dotati delle medesime caratteristiche di volo di quelli reali. Possono librarsi in aria, compiere evoluzioni più o meno complesse, e raggiungere località inaccessibili alle tradizionali telecamere.

C'è, però, un grosso problema: l'alimentazione. Gli insetti robotici devono necessariamente essere leggeri, ma devono anche poter volare per un periodo di tempo utile a compiere qualunque operazione li veda coinvolti, e trasportare carichi come localizzatori satellitari o microtelecamere.

Montare delle batterie a bordo di una libellula meccanica che pesa qualche grammo non farebbe altro che impedire al robot di sollevarsi da terra. E' per questo che negli ultimi tempi gli scienziati stanno puntando verso un'altra direzione, lo sfruttamento di insetti reali.

Paradossalmente, pare sia più facile pilotare un calabrone in carne ed antenne che un suo equivalente robotico. Benche un robot si possa programmare a piacimento, gli insetti non hanno i problemi di alimentazione riscontrati nello sviluppo delle loro controparti meccaniche, e sono facilmente controllabili tramite piccoli elettrodi inseriti nel loro sistema nervoso.

"Nonostante abbiamo visto uno sforzo tremendo ed eccitante nello sviluppo di MAV (micro-air-vehicles) nell'ultima decade, gli insetti cyborg sono molto più vantaggiosi quando si parla di performance aerodinamiche, durata del volo, capacità di carico, e accumulo di energia su scale miniaturizzate" spiega Ethem Erkan Aktakka, ricercatore dell' Università el Michigan. "La tecnologia attuale non è semplicemente in grado di battere l'evoluzione della natura svoltasi nell'arco di diversi migliaia di anni".

Aktakka ha sviluppato un nuovo sistema di controllo di insetti cyborg che non sfrutta delle batterie per il suo funzionamento, come accade in approcci più tradizionali, ma ottiene energia dal moto delle ali di uno scarafaggio verde (Cotinis nitida).

Il meccanismo di "ricarica" sfrutta due generatori installati in corrispondenza delle ali, e in grado di produrre un totale di 45 µW per ogni insetto su cui sono installati. Secondo i ricercatori, l'output energetico sarà sicuramente elevato di circa 10 volte collegando i generatori direttamente ai muscoli del volo degli insetti.

In realtà, non si tratta del primo tentativo di ottenere energia dal volo degli insetti. In precedenza si era tentato di generare energia accumulando calore corporeo, sfruttando le vibrazioni dell'animale o installando dei pannelli solari in miniatura sul dorso.

Non si è mai ritenuto il caso di sfruttare il battito delle ali per via del fatto che il suo ritmo può variare di molto da insetto ad insetto. Ma il nuovo approccio di Aktakka sembra funzionare più che discretamente, arrivando addirittura a generare circa 115 µW dopo una pesante e mirata ottimizzazione del sistema.

"Attualmente, stiamo lavorando sullo sviluppo di un nuovo processo di micro-fabbricazione per l'integrazione di ceramiche piezoelettriche nella lavorazione del silicio tradizionale. Questa nuova tecnologia ci aiuta ad aumentare l'efficienza degli accumulatori miniaturizzati di vibrazioni".

Chi finanzia tutto questo? La DARPA, ovviamente, che ha già sborsato molto denaro per il progetto ad ampio respiro Hybrid Insect Micro Electromechanical Systems (HI-MEMS) che prevede l'utilizzo di insetti reali per diverse attività di sorveglianza, ricognizione e intervento in caso di disastri naturali.
HI-MEMS punta a questo: lo sviluppo di interfacce elettroniche tra macchine e insetti che consentano di poter controllare api, scarafaggi, e altri insetti volanti mantenendo la capacità di manovra e la resistenza di questi animali.

Cyborg insects generate power for their own neural control
Hybrid Insect Micro Electromechanical Systems (HI-MEMS)