Monitoraggio della biodiversità in aree remote: droni che superano ostacoli

Il monitoraggio ambientale in aree con una fitta vegetazione è una sfida importante per la scienza. Un team di ricercatori dell'Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio WSL, del Politecnico di Zurigo e dell'Università di Pisa ha sviluppato un drone che può farsi strada tra i rami nello stesso modo in cui si muovono gli animali. Si tratta di un passo importante per il monitoraggio della biodiversità in aree remote.

Il DNA ambientale, il materiale genetico presente nei campioni ambientali, è particolarmente prezioso per il monitoraggio della biodiversità. Può essere utilizzato per identificare tutte le specie presenti in un campione. Tuttavia, la raccolta dei campioni è più complicata nella foresta che nelle aree aperte. In studi precedenti, l'équipe dell'Environmental Robotics Lab aveva già raccolto DNA ambientale da singoli rami utilizzando dei droni, ma non era riuscita a penetrare più a fondo nelle cime degli alberi. Secondo Aucone, la densità della vegetazione impediva al drone di spingersi oltre: "Gli ostacoli flessibili come i rami rappresentano una sfida particolare quando si vogliono attraversare perché possono scuotere e far vibrare il drone. Abbiamo quindi dovuto rendere il drone più specifico".

I ricercatori si sono ispirati agli animali. Quando gli animali si muovono nella vegetazione, possono percepire il contatto su tutto il corpo e reagire di conseguenza. Di conseguenza, i ricercatori hanno dotato il drone di un'intelligenza distribuita su tutto il corpo. Al drone è stata conferita una capacità di feedback aptico per consentirgli di reagire al contatto con l'ambiente. Il design del corpo si è basato sulle caratteristiche di animali dalla forma affusolata, come ad esempio gli scarafaggi: il drone è snello e realizzato in materiale a basso attrito. Gli esperimenti hanno confermato che queste proprietà aiutano il drone a superare gli ostacoli. Con un corpo non aerodinamico o con un materiale ad alto attrito, il drone si bloccava (vedi video 1). Altrimenti, è stato in grado di spingere via rami con e senza foglie e di superarli (vedi video 2).

Gli esperimenti sono stati condotti con singoli ostacoli. Il prossimo passo dei ricercatori è quello di sviluppare un drone in grado di riconoscere oggetti molteplici. "Più ci addentriamo nella foresta, più ostacoli incontra il nostro drone contemporaneamente. Per raggiungere l'interno delle cime degli alberi, il drone ha bisogno di un corpo interamente sensibile. Aucone vede potenziali applicazioni per un drone di questo tipo al di là del monitoraggio della biodiversità, ad esempio nell'agricoltura di precisione o nelle missioni di ricerca e soccorso.

Aucone, E., Geckeler, C., Morra, D. et al. Synergistic morphology and feedback control for traversal of unknown compliant obstacles with aerial robots. Nat Commun 15, 2646 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46967-5