Ricerca fa luce sul sistema autopilota degli insetti
Il modo in cui gli insetti volanti utilizzano la percezione visiva per spiccare il volo, mantenere l'altezza e atterrare è stato oggetto di studio da parte di un'équipe di ricercatori che si è avvalsa dell'ausilio di un robot in grado di volare progettato appositamente. L'indagine, finanziata dall'Unione europea a titolo del Quinto programma quadro e dal Centro nazionale francese per la ricerca scientifica (CNRS), è pubblicata on line a cura della rivista «Current Biology». Gli insetti e altre creature che volano sono in grado di controllare l'altezza dal suolo anche se non sono dotati della strumentazione sofisticata di cui dispongono i piloti umani. Nell'ambito di questo recente studio, gli scienziati hanno progettato un microelicottero per verificare la teoria secondo cui gli insetti impiegano un sistema noto come «optic flow» (OF, segnali retinici globali) per conoscere l'altezza raggiunta. Quando gli insetti volano in avanti, l'immagine del suolo sotto di loro scorre all'indietro nel campo visivo a una velocità inversamente collegata all'altezza raggiunta dall'insetto. In altre parole, ad altezze limitate il suolo sembra muoversi più rapidamente di quanto non si percepisca da altezze di volo superiori. I ricercatori sono partiti dall'ipotesi che gli insetti siano dotati di un regolatore interno dell'optic flow che impiega un anello di retroazione per calcolare la proporzione tra la velocità al suolo e l'altezza e hanno installato un sistema analogo al loro microelicottero. Con questo sistema, se l'insetto ha l'impressione che il suolo si muova troppo lentamente, scenderà fino a quando la terra si sposterà alla velocità ottimale secondo il suo regolatore OF, mentre, nel caso in cui risulti che il suolo si muove troppo rapidamente, aumenterà l'altezza di volo. Gli scienziati hanno riscontrato che il robot simulava vari modelli di comportamento in volo degli insetti che sono stati osservati negli anni. Ad esempio, quando le farfalle migratorie devono attraversare un canyon, non si limitano a volare attraverso la parte superiore, ma volano in basso su un lato, trasversalmente rispetto al fondo e poi di nuovo in alto sul lato opposto. Analogamente, se devono sorvolare un ostacolo quale può essere una foresta, l'altezza che raggiungono al di sopra degli alberi è identica a quella raggiunta in precedenza rispetto al suolo. Il modello OF spiega anche il motivo per cui gli insetti si abbassano quando volano con il vento di prua. Il vento di prua causa la diminuzione della velocità al suolo dell'insetto, il che fa sì che quest'ultimo scenda fino a quando non risulti che il suolo si muove alla velocità «corretta» secondo quanto indicato dal suo regolatore OF. Per contro, quando si vola con il vento di coda sembra che il suolo si sposti più rapidamente, e così l'insetto sale per compensare. Il sistema non è tuttavia privo di difetti. Negli anni sessanta da uno studio era emerso che quando le api volano su una superficie d'acqua liscia come uno specchio hanno la tendenza ad abbassarsi progressivamente fino a quando non si schiantano sul pelo dell'acqua. Quando l'acqua è increspata, riescono a mantenere un'altezza adeguata senza il benché minimo problema. Nello studio attuale, gli autori spiegano che questo si verifica in quanto l'acqua completamente ferma non fornisce all'occhio dell'ape alcun componente in contrasto e così il sensore OF non risponde più. Tale situazione comporta un segnale di errore negativo nel sistema che induce l'insetto a scendere fino a quando urta contro l'acqua. «È stata osservata una tendenza al disastro analoga nel MH [microelicottero] quando abbiamo eliminato il contrasto sul suolo», notano i ricercatori. Anche il decollo e l'atterraggio si possono effettuare utilizzando il regolatore OF. Al momento della partenza, un leggero tocco impresso frontalmente al muso dell'elicottero ha provocato un aumento della velocità al suolo che ha causato un'ascesa. In fase di atterraggio, un leggero tocco impresso posteriormente al muso dell'elicottero ne ha causato la decelerazione e, di conseguenza, la discesa. «Il nostro sistema di controllo spiega in quale modo gli insetti riescono a volare in sicurezza senza disporre di alcuno strumento usato a bordo degli aeromobili per misurare l'altezza dal suolo, la velocità al suolo e la velocità di discesa», scrivono i ricercatori. «Un regolatore dell'optical flow è estremamente semplice dal punto di vista della realizzazione neurale ed è adatto agli insetti al pari di come lo sarebbe per gli aeromobili».
Paesi
Francia