Ricercatori dell’Università di Bristol hanno costruito un modello fisico utilizzando semplici motori elettrici per studiare la coordinazione muscolare. Secondo il loro lavoro, pubblicato nella rivista Interface della Royal Society, questa coordinazione potrebbe emergere spontaneamente dalla configurazione del sistema, senza necessità di essere programmata, ispirando così la robotica.
- I ricercatori dell’Università di Bristol hanno costruito un modello con piccoli motori elettrici collegati da una struttura meccanica comune.
- Il sistema mostra comportamenti simili a quelli muscolari, pur senza comunicazione diretta tra i motori.
- La coordinazione emerge dalla configurazione stessa, senza essere programmata, e potrebbe semplificare gli attuatori dei robot.
- Gli autori ritengono che macchine il cui corpo contribuisce a plasmare i movimenti possano trarre beneficio da questo principio.
I muscoli trasformano l’energia chimica in movimento e producono una forza regolare, nonostante siano composti da un numero enorme di piccoli componenti molecolari. Quando il carico varia, si adattano senza vacillare o cedere.
Al centro del muscolo si trova il sarcomero, unità elementare di produzione della forza, formato da filamenti di actina e motori molecolari chiamati miosina. Questi motori si agganciano, tirano e rilasciano ripetutamente i cavi di actina, permettendo la contrazione delle fibre muscolari.
Piuttosto che riprodurre la chimica della miosina, i ricercatori l’hanno rappresentata con un «rotore» che contribuisce solo quando è collegato meccanicamente a una «colonna vertebrale» fisica. Il loro dispositivo da tavolo riunisce una fila di piccoli motori elettrici collegati da una struttura meccanica comune, che tirano contro un fluido denso, una resistenza paragonabile a quella subita dai motori biologici.
I motori non rimangono connessi permanentemente: ognuno spinge brevemente la struttura mobile, poi la rilascia. Questa struttura trasmette così l’effetto di un motore al successivo, senza comunicazione diretta tra di loro.
Una coordinazione senza direttore d’orchestra
In questo sistema semplificato, diversi comportamenti simili a quelli del muscolo compaiono spontaneamente. Quando la resistenza aumenta, i motori sviluppano collettivamente una relazione tra carico e velocità, e un numero maggiore di unità contribuisce allo sforzo. In certe condizioni, il movimento diventa a scatti, con fasi di trazione interrotte da scivolamenti improvvisi. Il sistema può anche formare onde di coordinazione che si propagano lungo il dispositivo.
I ricercatori avvicinano questa organizzazione a quella dei flagelli e delle ciglia, prolungamenti microscopici di alcune cellule eucariote, come la coda dello spermatozoo. Anche qui, motori molecolari sono distribuiti lungo una struttura, l’axonema, che trasforma la loro attività in onde di flessione. Nello spermatozoo, queste onde sono essenziali per la mobilità e la fertilità, mentre le ciglia fanno circolare i fluidi nelle vie respiratorie, con legami con la salute e la malattia.
Piste per la robotica
Nella robotica, far cooperare numerosi attuatori, cioè i «muscoli» di un robot che convertono una fonte di energia come l’elettricità in movimento, rimane difficile e costoso. Sensori, loop di retroazione e algoritmi di controllo sono spesso necessari, il che può rendere l’insieme fragile e soggetto a errori.
Secondo gli autori, un modello in cui la coordinazione emerge dalla configurazione lascia intravedere attuatori più semplici. Questa pista corrisponde alle ricerche sui robot morbidi, che utilizzano materiali flessibili, e sui muscoli artificiali destinati alla robotica. I ricercatori ritengono che questo principio potrebbe essere sfruttato, verso macchine il cui corpo contribuisce a plasmare i loro movimenti.
