La navigazione autonoma dei droni di piccole dimensioni ha sempre rappresentato una sfida enorme. Per orientarsi nello spazio e tornare al punto di partenza, questi dispositivi hanno tradizionalmente bisogno di componenti hardware ingombranti e batterie capaci di sostenere consumi energetici molto elevati, il che limita parecchio la loro autonomia e le dimensioni. Ma la natura, ancora una volta, ha offerto una soluzione tanto elegante quanto sorprendente. Si chiama Bee-Nav ed è un sistema di navigazione che prende ispirazione diretta dal comportamento delle api, consentendo a piccoli robot di coprire lunghe distanze e ritrovare la strada di casa senza dover fare affidamento sul GPS.
Il progetto nasce da una collaborazione internazionale che ha messo insieme competenze molto diverse tra loro. Da una parte i roboticisti della Delft University of Technology, dall’altra i biologi delle università di Wageningen e Oldenburg. Due mondi che si sono incontrati con un obiettivo preciso: replicare in un sistema artificiale la straordinaria capacità di orientamento che le api dimostrano ogni giorno, volando per chilometri e tornando sempre al proprio alveare con una precisione quasi millimetrica.
Come funziona il cervello da 42 KB che guida i droni
Il principio alla base di Bee-Nav è quello dell’estrema efficienza. Un approccio completamente diverso rispetto a quello tradizionale della robotica. Dove un computer convenzionale proverebbe a mappare ogni singolo centimetro dell’ambiente circostante, con tutto il peso computazionale e il dispendio energetico che questo comporta, le api fanno qualcosa di molto più intelligente. Utilizzano una combinazione di odometria e memoria visiva, due strumenti semplici che insieme producono risultati notevoli.
L’odometria, in pratica, permette alle api di stimare in modo approssimativo la distanza percorsa e la direzione del volo, basandosi sui segnali visivi generati dal movimento. Non è un sistema perfetto, anzi. Con il passare del tempo accumula piccoli errori che rischiano di far perdere la rotta. Ed è qui che entra in gioco il secondo elemento del meccanismo. Per correggere queste imprecisioni, le api compiono dei brevi voli di apprendimento nelle vicinanze dell’alveare, durante i quali catturano delle vere e proprie istantanee mentali del panorama circostante. Queste immagini diventano punti di riferimento che permettono di ricalibrarsi e ritrovare la via del ritorno.
Bee-Nav potrebbe cambiare la robotica leggera
Il fatto che un insetto con un cervello che pesa meno di un milligrammo riesca a navigare con questa efficacia ha evidentemente colpito i ricercatori. E la traduzione di questo meccanismo biologico in un algoritmo per droni rappresenta un passo avanti significativo. Bee-Nav punta a eliminare la dipendenza dal GPS, che oltre a richiedere hardware dedicato è spesso inutilizzabile in ambienti chiusi, urbani densi o in zone dove il segnale è disturbato.
Il vantaggio più evidente sta nella leggerezza del sistema. Senza la necessità di processori potenti per elaborare mappe dettagliate dell’ambiente, i piccoli robot equipaggiati con Bee-Nav possono montare batterie più contenute, pesare di meno e volare più a lungo. Tutto questo con un sistema di navigazione che, nella sua essenza, replica ciò che la natura ha perfezionato in milioni di anni di evoluzione. La collaborazione tra i team di Delft, Wageningen e Oldenburg ha prodotto un approccio che sposta radicalmente il paradigma della navigazione autonoma, dimostrando che non sempre servono più dati e più potenza di calcolo. A volte basta guardare come fa un’ape.