Le piccole bolle che si schiacciano sul coperchio dei bicchieri da asporto potrebbero un giorno salvare un drone da un incidente. I modelli di queste vescichette invertibili, applicati sulle ali del velivolo, consentirebbero al drone di percepire in microsecondi le condizioni pericolose e di reagire rapidamente. Lo studio, condotto da ricercatori delle Università Purdue e del Tennessee negli Stati Uniti, rappresenta una delle prime dimostrazioni di un metamateriale in grado di adattarsi autonomamente all’ambiente circostante utilizzando la sua forma. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista “Advanced Intelligent Systems“.
I veicoli autonomi spesso ricevono informazioni non pertinenti, il che rallenta il loro tempo di reazione alle variazioni ambientali. “Esiste un noto problema di ‘annegamento dei dati’. I droni non riescono a utilizzare appieno le loro capacità di volo perché i loro sensori raccolgono troppe informazioni, impedendo loro di volare in sicurezza in alcune situazioni“, ha dichiarato Andres Arrieta, professore associato alla Purdue.
Le superfici rivestite di bolle in grado di percepire l’ambiente circostante rappresenterebbero un passo avanti per consentire alle ali del drone di rilevare solo le informazioni sensoriali essenziali. Poiché è sufficiente una quantità minima di forza per invertire una bolla, le forze inferiori a questa soglia vengono automaticamente filtrate. Ad esempio, una specifica combinazione di bolle sollevate e abbassate in alcune parti dell’ala potrebbe indicare al sistema di controllo del drone che l’ala sta subendo un pericoloso schema di pressione. Altri modelli di bolle potrebbero indicare temperature pericolose o la presenza di un oggetto in avvicinamento, ha spiegato il Prof. Arrieta.
Memoria associativa attraverso la sensazione
Potrebbe sembrare strano che una bolla invertibile possa fornire segnali di memoria a un’ala di drone in situazioni pericolose. Tuttavia, anche gli esseri umani e gli animali utilizzano concetti non correlati per riconoscere le relazioni. Questa strategia di apprendimento è nota come memoria associativa. Ad esempio, quando dimentichi il nome di un luogo, potresti utilizzare un dettaglio come il colore di un edificio per ricordarlo. Richiamare una versione parziale della memoria consente di costruire una versione più completa della stessa.
Il laboratorio del Professor Arrieta studia i modi in cui la forma di un materiale ingegnerizzato può aiutarlo a elaborare informazioni, spesso ispirandosi al modo in cui gli animali, in particolare i ragni, utilizzano le loro forme anatomiche per percepire e comprendere il mondo che li circonda.
Per decenni, l’elettronica è stata progettata per salvare e recuperare informazioni codificandole in modelli di pixel bianchi o neri come 0 o 1. Poiché una bolla può assumere solo due stati, sollevata o abbassata, questi stati possono fungere da 0 e 1 per creare modelli spaziali per la costruzione della memoria associativa. Il Professor Arrieta e il suo team hanno dimostrato in uno studio che quando una determinata forza inverte una bolla, i sensori incorporati nella parte piatta di un foglio di metamateriale che circonda la bolla rilevano il cambiamento di forma. Un segnale elettrico attiva quindi un dispositivo di memoria chiamato memristore per registrare la forza e il punto in cui è stato rilevato sul foglio. Con ogni istanza di una bolla invertita, il metamateriale impara a ricordare lo schema che un certo livello di forza crea sulla sua superficie.
In pratica, l’ala del drone sarebbe in grado di richiamare rapidamente uno schema associato a una condizione pericolosa poiché il metamateriale tiene traccia di tutti i suoi “ricordi parziali” degli schemi delle bolle invertite come una “memoria completa” creata da questi schemi. Sulla base di questo studio, i ricercatori ritengono che il metamateriale non avrebbe bisogno di un “buffer” per richiamare le informazioni immagazzinate al suo interno nel tempo.
Poiché il metamateriale può essere prodotto con metodi esistenti, queste bolle possono facilmente coprire una vasta superficie come l’ala di un drone, ha aggiunto il Professor Arrieta. Successivamente, i ricercatori testeranno come il materiale risponde all’ambiente circostante in base alle informazioni che apprende dalle bolle. Il professore prevede che sarà possibile costruire un’ala di drone utilizzando questo materiale nei prossimi tre o cinque anni.
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Aggiornato il 11/14/2023
