Le tartarughe marine insegnano ai robot a orientarsi nell'oceano senza GPS
Dalle migrazioni tra il Brasile e l'isola di Ascensione nasce un algoritmo capace di guidare veicoli autonomi attraverso il campo magnetico terrestre: lo hanno sviluppato i ricercatori delle università di Pisa e Lisbona. E promette nuove prospettive per l'esplorazione dei mari
Non hanno bisogno di satelliti, non consultano mappe e non conoscono il GPS. Eppure, attraversano migliaia di chilometri di oceano, ritrovando la rotta verso destinazioni lontanissime, talvolta poco più grandi di un punto sulla carta geografica. Le tartarughe marine possiedono un talento che la tecnologia, almeno per il momento, può soltanto provare a imitare. E adesso proprio da questi straordinari navigatori del mare arriva un'idea destinata a cambiare il futuro della robotica subacquea: costruire macchine capaci di orientarsi nell'immensità dell'oceano affidandosi alla stessa bussola invisibile che guida le loro migrazioni, il campo magnetico terrestre.
A raccogliere la sfida sono stati i ricercatori dell'Università di Pisa, in collaborazione con l'Instituto Superior Técnico di Lisbona, autori di uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Ocean Engineering. Il risultato è un innovativo algoritmo di navigazione che consente, almeno nelle simulazioni, a un robot marino di raggiungere una destinazione senza ricorrere al GPS e senza disporre di mappe geomagnetiche preesistenti.
Redazione
Il modello arriva dalla natura. E, in particolare, dalle tartarughe verdi (Chelonia mydas), protagoniste di alcune delle migrazioni più sorprendenti del mondo animale. Per verificare il funzionamento del sistema, gli studiosi hanno preso come riferimento il percorso che questi rettili compiono tra le coste del Brasile e l'isola di Ascensione, un minuscolo avamposto vulcanico nell'Atlantico meridionale, distante oltre duemila chilometri dalla terraferma sudamericana. Una destinazione che impone capacità di orientamento eccezionali, soprattutto considerando l'assenza di punti di riferimento visibili in mare aperto.
Come fanno a ritrovare la strada? La risposta, almeno in parte, è racchiusa nella loro sensibilità al magnetismo terrestre. Il nostro pianeta è infatti attraversato da un campo magnetico le cui caratteristiche variano da un luogo all'altro. Le tartarughe riescono a percepirne alcune proprietà, utilizzandole come informazioni per orientarsi durante gli spostamenti.
«Diversi studi hanno mostrato che le tartarughe marine sono sensibili alle variazioni di intensità e di inclinazione del campo magnetico terrestre», spiega Paolo Luschi, docente di zoologia al Dipartimento di Biologia dell'Università di Pisa. Una capacità che permette agli animali di ricavare indicazioni sulla propria posizione rispetto alla meta e, di conseguenza, sulla direzione da seguire. «Nel nostro studio ci siamo chiesti se un meccanismo simile, che probabilmente è implicato anche nella migrazione degli uccelli, potrebbe garantire le prestazioni di navigazione necessarie ai veicoli marini a navigazione autonoma».
La risposta dei ricercatori è un sistema che, anziché conoscere in anticipo l'intero percorso, impara progressivamente a scegliere la direzione più promettente. Al robot basta un magnetometro, uno strumento capace di misurare il campo magnetico, e la conoscenza della particolare combinazione di valori magnetici che caratterizza la destinazione.
È quella che gli scienziati chiamano firma magnetica: una sorta di impronta geografica definita dall'intensità totale del campo e dalla sua inclinazione. Non una mappa dell'oceano, dunque, ma il ricordo delle caratteristiche magnetiche del luogo da raggiungere.
«L'idea centrale è consentire al veicolo di apprendere la direzione più promettente durante il tragitto, invece di affidarsi a una rappresentazione completa dell'ambiente fornita da mappe preesistenti», spiega Cristiano Cammelletti, dottorando in robotica al Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione dell'Università di Pisa. Un approccio che potrebbe permettere ai robot di affrontare missioni anche nelle regioni oceaniche più remote, dove le infrastrutture di navigazione sono assenti e le informazioni geografiche insufficienti.
Le prime simulazioni hanno restituito risultati incoraggianti: i percorsi elaborati dall'algoritmo risultano molto simili a quelli seguiti dalle tartarughe marine. Non significa che i robot siano già pronti ad attraversare autonomamente gli oceani con questa tecnologia, ma che il principio biologico può tradursi in una strategia di navigazione artificiale.
Le prospettive riguardano soprattutto i veicoli subacquei autonomi, impiegati nella ricerca scientifica, nel monitoraggio ambientale e nell'esplorazione dei fondali. Sott'acqua, del resto, il GPS non è direttamente utilizzabile: i suoi segnali non penetrano efficacemente nella massa d'acqua. Disporre di sistemi alternativi, capaci di funzionare anche lontano da infrastrutture e punti di riferimento, rappresenterebbe un progresso significativo.
C'è infine qualcosa di affascinante nel percorso compiuto da questa ricerca. Per decenni abbiamo cercato di comprendere come una tartaruga riesca a ritrovare una piccola isola sperduta nell'Atlantico. Oggi quella stessa domanda potrebbe aiutarci a costruire macchine capaci di esplorare il mare in modo nuovo. Con una differenza: le tartarughe conoscono questa strada da milioni di anni. I robot hanno appena cominciato a impararla.
