Senti dove vai

Vi siete mai chiesti come fanno i pipistrelli a volare di notte senza sbattere in ambienti ricchi di ostacoli, quali un bosco oppure le strade di una città?

Per capirlo è necessaria una premessa su cosa abbiamo imparato a proposito dei chirotteri negli anni di osservazioni da parte di biologi ed etologi.

Il sistema da loro impiegato per muoversi e cacciare non si basa solo sugli occhi, ma sugli ultrasuoni ed è chiamato ecolocalizzazione.

Quando è in volo, il pipistrello emette degli ultrasuoni dalla bocca o dal naso. Questi si propagano nell’ambiente circostante fino a che non incontrano un ostacolo. A quel punto rimbalzano indietro, restituendo al pipistrello un’eco di ritorno, grazie alla quale riesce ad evitare eventuali ostacoli e a riconoscere le prede.

Se però l’animale si trova in un luogo ricco di ostacoli, in cui queste onde sonore si intrecciano tra loro, come fa a non confondersi?

Un gruppo di ricercatori dell’Università di Cincinnati, in Ohio, non solo si è posto il problema, ma ha provato a darvi una risposta. Grazie a un robot che hanno sfruttato per testare la loro ipotesi. 

Quest’ultima derivava da uno studio precedente: Sensorimotor Model of Obstacle Avoidance in Echolocating Bats, pubblicato da D. Vanderelst, M.W. Hoderied, H. Peremans.

Vanderelst et al avevano elaborato un modello matematico di come questi animali potessero orientarsi in spazi angusti, partendo dalla letteratura sul comportamento e sulla struttura di Rhinolophus rouxii: una delle specie di pipistrelli su cui possediamo più dati scientifici.

L’ipotesi promossa era che il pipistrello virasse a destra o a sinistra a seconda di quale orecchio sentisse l’eco di ritorno in maniera più forte. Percepito, per esempio, dall’orecchio sinistro con più intensità, l’animale avrebbe girato a destra.

Il gruppo che ha utilizzato il robot per capire l’efficacia dei metodi di ecolocalizzazione, guidato da Carl Bou Mansour, ha confrontato due versioni di questa ipotesi: in una, l’animale tiene la testa fissa; nell’altra, la ruota per scandagliare gli ostacoli. Questa ultima è chiamata DLAL (Delayed Linear Adaptive Law).

Entrambe sono state simulate su un piccolo robot, chiamato AmigoBot e dotato di una testa mobile, su cui era montato un sonar per emettere e ricevere ultrasuoni. In alcuni esperimenti, quindi, il robot si muoveva nell’ambiente tenendo la testa ferma. In altri, invece, muovendosi, il robot ruotava la testa per studiare l’ambiente.

I ricercatori hanno, quindi, costruito un’arena disseminata di pali avvolti dall’edera e un corridoio tappezzato da cartoni delle uova. Il tutto con l’obiettivo di creare un ambiente insidioso, in cui il suono si sarebbe infranto, tornando al robot sotto forma di una molteplicità di echi diversi.

Successivamente, hanno inserito il robot nel percorso artificiale e hanno studiato l’efficacia dei due comportamenti. 

I risultati hanno messo in luce che entrambe le strategie presentavano pregi e difetti.

Tra i pali, la strategia a testa fissa permetteva di allontanarsi meglio dagli ostacoli, ma portava il robot a scontrarsi contro gli angoli dell’arena. La DLAL, al contrario, permetteva di evitare gli angoli, ma faceva avvicinare il robot molto di più agli ostacoli. Nel corridoio con le mura rivestite di cartone delle uova, invece, la DLAL non impediva ad AmigoBot di sbattere a destra e a sinistra, mentre la prima permetteva di mantenere la rotta.

In un ambiente ricco di ostacoli, dunque, guardarsi attorno potrebbe essere più svantaggioso che non farlo.

Questo lavoro ci restituisce una possibile spiegazione del sistema che i pipistrelli utilizzano per orientarsi in luoghi complessi. Anche in questo caso, dunque, un robot ha aiutato a corroborare delle ipotesi che sarebbero molto difficili da valutare in altro modo.

Se infatti avessimo provato ad usare degli animali vivi per capire quale delle due strategie di ecolocalizzazione sia migliore, avremmo dovuto necessariamente intervenire sul loro cervello in modo che potessero usare o l’una o l’altra.  

Questo però non solo è infattibile data la complessità del cervello dei pipistrelli (e di qualsiasi essere vivente). Ma pone anche dei forti problemi etici. A volte, invece di modificare dei sistemi viventi che già esistono, è meglio provare a ricostruirli. A ciò servono i robot.

La ricerca dell’Università di Cincinnati è solo uno dei molti esempi di studi che implicano l’interazione tra robot e altri esseri viventi. Biorob nasce per raccontarveli.

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