Dinamiche cooperative tra robot… come in natura

Un gruppo di ricercatori all’Università di Harvard, Boston, ha realizzato una ‘colonia’ di oltre mille piccoli robot in grado di interagire e comunicare localmente tra di essi, al fine di svolgere azioni in collaborazione. Questi studi ambiscono a riprodurre le dinamiche cooperative adottate in natura da numerosi gruppi di esseri viventi.

Colonia di kilobot.

Colonia di kilobot.

1024 piccoli robot si muovono uno dietro l’altro, in uno sciame ordinato, e si collocano in posizione per ricostruire precise figure bidimensionali, come una stella o una chiave inglese. Tutto ciò senza l’aiuto dell’uomo, bensì semplicemente interagendo tra essi e seguendo le istruzioni di un programma.

A prima vista la cosa può sembrare facile e, chissà, poco utile. Al contrario, far sì che un gran numero di semplici automi esegua in cooperazione azioni complesse è arduo e richiede un grande sforzo ingegneristico.

Il fine è riprodurre comportamenti collaborativi che si osservano in natura, i quali hanno consentito l’adattamento di varie specie al loro ambiente. Si tratta, evidentemente, di dinamiche collettive vincenti.

Intelligenza collettiva

Gli esempi sono tanti: singoli batteri si riuniscono in gruppi, cellule si auto-organizzano per formare organismi multicellulari, colonie di formiche creano strutture tridimensionali con i propri corpi, e così via. Questo tipo di comportamento viene definito ‘intelligenza collettiva’ o anche ‘distribuita’.

Un gruppo di scienziati dell’Università di Harvard, Boston, si è ispirato proprio alle formiche per realizzare piccoli robot autonomi che ha chiamato ‘kilobot‘.

Ciascuna formica rappresenta un’unita poco sviluppata e dotata di capacità ristrette. Eppure una colonia (anche immensa) riesce a svolgere attività complesse, come muoversi per lunghe distanze in maniera ordinata, procurare cibo per tutte e superare ostacoli costruendo ponti con i propri corpi.

Le formiche sono in grado di costruire strutture tridimensionali usando il proprio corpo. Ad esempio, realizzano ponti per consentire alle compagne di superare ostacoli passando loro sopra; inoltre fabbricano interi nidi (chiamati 'bivacchi'), strutture intricate i cui 'mattoni' da costruzione sono semplicemente i loro corpi.

Le formiche sono in grado di costruire strutture tridimensionali usando il proprio corpo. Ad esempio, realizzano ponti per consentire alle compagne di superare ostacoli passando loro sopra; inoltre fabbricano interi nidi (chiamati ‘bivacchi’), strutture intricate i cui ‘mattoni’ da costruzione sono semplicemente i loro corpi.

Analogamente, i kilobot hanno una struttura molto basilare, sono facilmente ricaricabili e sostituibili. Essi sono però in grado di utilizzare semplici funzioni per svolgere complesse azioni su larga scala.

Singoli robot-formiche…

Un kilobot è un automa cilindrico grande all’incirca quanto una moneta da un euro, si muove su sottili gambe rigide grazie a due motori vibrazionali, comunica con i compagni tramite un trasmettitore-ricevitore di segnali infrarossi ed è dotato di un microcontrollore per eseguire programmi precaricati.

Ogni robot può svolgere solo tre azioni fondamentali:

  • seguire il bordo, ossia un robot può muoversi lungo il contorno di un gruppo di compagni, misurando la propria distanza da quelli più esterni;

  • diramare un segnale di gradiente, cioè un robot sorgente può trasmettere un valore di gradiente che viene comunicato da un individuo all’altro e che aumenta man mano che l’informazione si propaga attraverso la colonia; questo permette al singolo robot di conoscere la propria distanza geodesica dalla sorgente;

  • localizzarsi, vale a dire che un robot può costruire un sistema di coordinate misurando la propria distanza dai compagni ad esso più vicini.

La colonia di robot viene programmata con algoritmi collettivi, i quali si basano su queste tre semplici operazione.

(a) Un kilobot mostrato a lato di una moneta di un penny americano (per dedurne le dimensioni). (b) Ciascun kilobot è dotato di due motori vibrazionali, un trasmettitore-ricevitore infrarosso rivolto verso il basso, un microcontrollore per eseguire programmi. I robot comunicano con i compagni entro una distanza di 10cm inviando un segnale infrarosso che riflette sulla superficie sottostante su cui si muovono. (c) Una colonia di 1024 robot (210, ossia un 'kilo' di robot, in unità di misura informatica informatica). [Immagine: Harvard University]

(a) Un kilobot mostrato a lato di una moneta di un penny americano (per dedurne le dimensioni). (b) Ciascun kilobot è dotato di due motori vibrazionali, un trasmettitore-ricevitore infrarosso rivolto verso il basso, un microcontrollore per eseguire programmi. I robot comunicano con i compagni entro una distanza di 10cm inviando un segnale infrarosso che riflette sulla superficie sottostante su cui si muovono. (c) Una colonia di 1024 robot (210, ossia un ‘kilo’ di robot, in unità di misura informatica informatica). [Immagine: Harvard University]

…e colonie cooperative

I ricercatori di Harvard hanno sperimentato la capacità dei kilobot di ritracciare forme bidimensionali nello spazio. A ciascun elemento vengono fornite le informazioni relative alla forma e alla dimensione della struttura da realizzare. Essi la costruiranno impiegando le tre semplici azioni di cui tutti sono capaci, a partire da una configurazione caotica (in cui però i robot sono vicini l’uno all’altro).

Per iniziare il procedimento, un utente umano deve collocare 4 robot, programmati in maniera speciale, i quali comporranno il nucleo iniziale. Essi diventano il riferimento per gli altri, marcando la posizione e l’orientazione della forma bidimensionale da costruire. I robot del nucleo diramano un segnale di gradiente, che si propaga attraverso la colonia iniziale. Di conseguenza, i robot che rilevano di essere all’esterno del gruppo, in posizione più lontana dalla sorgente del segnale, iniziano a muoversi lungo il bordo fino a raggiungere il nucleo.

Man mano che i robot si spostano in sequenza, si collocano uno accanto all’altro ricostruendo la forma richiesta. Per farlo, essi confrontano la propria posizione con la sagoma della struttura da costruire e, quando si accorgono di starvi all’interno, si muovono fino a posizionarsi al fianco dell’ultimo robot fermatosi, oppure all’ultimo posto libero sul bordo, un passo prima di uscire dalla sagoma.

Orientarsi nello spazio

Il singolo robot-formica non possiede alcuna informazione riguardo alla sua posizione assoluta nello spazio, conosce solo la propria distanza dai compagni prossimi vicini. Tale distanza è calcolata scambiando segnali infrarossi con gli altri robot e misurando l’intensità della luce ricevuta: ovviamente a minor intensità corrisponde maggiore distanza.

I kilobot però possono ricostruire un sistema di coordinate locali usando come riferimento i membri del nucleo. Questo consente loro di costruire la forma richiesta in maniera abbastanza precisa.

Forme da ricostruire, fornite ai robot come parte del loro programma. (B, D) Auto-organizzazione dei robot a partire da una posizione iniziale con 4 robot posti come nucleo (sinistra) fino a quella finale (destra). [Immagine: Harvard University]

Forme da ricostruire, fornite ai robot come parte del loro programma. (B, D) Auto-organizzazione dei robot a partire da una posizione iniziale con 4 robot posti come nucleo (sinistra) fino a quella finale (destra). [Immagine: Harvard University]

Questione di ordini di grandezza

Esperimenti di assemblaggio e cooperazione in gruppi di robot erano stati già fatti in precedenza, si trattava però di colonie molto ristrette, di non più di 10-50 elementi. Solo qualche limitato tentativo era stato fatto con un centinaio di robot. Passare all’ordine di grandezza del migliaio presenta molte difficoltà, tanto dal punto di vista meccanico quanto da quello informatico.

Quando si ha a che fare con molti elementi, operazioni come ricaricare le batterie e programmare gli individui diventano problematiche. I ricercatori di Harvard hanno pertanto dotato i kilobot di gambe e un’antennina di metallo che costituiscono due elettrodi: ponendo i robot (in gruppo) tra due fogli di metallo li si può ricaricare tutti in contemporanea. Inoltre il sistema di comunicazione a raggi infrarossi consente di programmare tutta la colonia a un tempo, senza uso di dispositivi dotati di cavo.

Dal punto di vista informatico, invece, le problematiche sono legate alla robustezza dell’algoritmo di fronte a possibili imprevisti, vale a dire malfunzionamenti di qualcuno dei robot. Per ovviare ai casi più probabili sono state previste procedure di correzione. Così, per esempio, un robot che si fermi per rottura del motore può inviare agli altri il segnale di proseguire il cammino superandolo; oppure se due robot si urtano e perdono cognizione della propria locazione spaziale, possono ricalcolarla in riferimento ai robot più vicini (a patto che essi siano almeno tre e non allineati).

L’esperimento è stato ripetuto numerose volte e i kilobot hanno mostrato un comportamento collettivo efficiente e grande robustezza del processo. Così i ricercatori di Harvard hanno potuto vedere i loro 1024 piccoli robot sfilare in fila indiana e collocarsi in varie forme, come un esercito di diligenti formiche. Tutto ciò, senza intervenire in alcun momento, a parte quello iniziale.

L’obiettivo futuro è far sì che i piccoli automi compiano azioni cooperative sempre più complesse e … in colonie sempre più estese.

Qui di seguito il video: guardare per credere.

Un software per individuare il rischio di epidemie fin dall’insorgere dei primi focolai

Il programma Healthmap sviluppato presso un ospedale di Boston consente di raccogliere tra siti ufficiali, giornali locali e social media dati relativi al manifestarsi di malattie infettive, come l’ebola. Potrebbe diventare uno strumento prezioso per il rapido riconoscimento di contagi in atto.

Medici senza frontiere impegnati in Guinea nella lotta contro la diffusione del virus ebola.

Medici senza frontiere impegnati in Guinea nella lotta contro la diffusione del virus ebola.

Quando si ha a che fare con malattie infettive che possono diffondersi rapidamente, come quella provocata dal virus ebola, la capacità di individuare in tempi rapidi i primi segnali del contagio è fondamentale per intervenire tempestivamente ed evitare un’epidemia.

Un software sviluppato da un gruppo di ricercatori dell’Ospedale Infantile di Boston, chiamato Healthmap, potrebbe rivelarsi estremamente utile per coadiuvare gli sforzi dell’Organizzazione Mondiale della Sanità nel tenere sotto controllo i focolai di malattie infettive in tutto il pianeta. La prova è data dal fatto che Healthmap individuò gli indizi dell’insorgere dell’attuale epidemia di ebola in Africa occidentale prima che le istituzioni competenti se ne accorgessero e lanciassero l’allarme.

Come funziona Healthmap

Il programma impiega algoritmi che collezionano le informazioni disponibili in rete relative alla contrazione di malattie infettive, cercandole costantemente presso gli organi di informazione ufficiale di governi e istituti di sanità, ma anche giornali e periodici locali, media sociali e blog (in 15 lingue). Le informazioni vengono filtrate, in primo luogo dal programma, successivamente da esseri umani, in modo da eliminare dati o notizie non affidabili.

Tutte queste informazioni sono organizzate per tema (tipo di malattia) e stato e visualizzate su una mappa mondiale interattiva. Quando vengono raccolte varie notizie del manifestarsi nel medesimo luogo di una malattia infettiva, sulla mappa appare un cerchio colorato (secondo una scala proporzionale al numero di dati), che segnala un possibile problema medico da analizzare al fine di scongiurare l’insorgere di un’epidemia.

La mappa interattiva di Healthmap che mostra le notizie relative al manifestarsi di ogni tipo di malattia infettiva. L'interfaccia grafica permette di navigare facilmente tra le informazioni relative ai vari paesi e di leggere direttamente i comunicati o gli articoli raccolti.

La mappa interattiva di Healthmap. L’interfaccia grafica permette di navigare facilmente tra le informazioni relative ai vari paesi e di leggere direttamente i comunicati o gli articoli raccolti.

Healthmap di fatto nacque otto anni fa, ad opera di John Brownstein, epidemiologo e professore di pediatria, e Clark Freifeld, programmatore dottorato in ingegneria biomedica, con l’aiuto di un team di collaboratori che è andato crescendo negli anni e ora conta 45 membri.

Il software è stato migliorato nel tempo, il sito è pubblico e i dati sono accessibili a tutti gli utenti. Inoltre, l’interfaccia grafica permette di navigare facilmente tra le informazioni relative ai vari paesi e di leggere direttamente i comunicati o gli articoli raccolti. I suoi ideatori sostengono che il traffico sul sito è aumentato enormemente negli ultimi mesi, in seguito alla vicenda del virus Ebola.

Healthmap individuò il contagio da ebola 9 giorni prima che la OMS lo annunciasse

Il 14 Marzo scorso Healthmap riportò una notizia che segnalava la morte di otto persone in Guinea a causa di una “misteriosa febbre emorragica”; cinque giorni dopo, sulla mappa interattiva apparve un cerchio rosso, il quale segnalava la raccolta di dati relativi alla morte di ben 23 individui, a causa di una malattia che sembrava essere ebola. In pratica, Healthmap rilevò l’insorgere del focolaio -e diede un segnale di allarme- prima che le istituzioni pubbliche si rendessero conto di ciò che stava accadendo. Del resto è noto che le informazioni viaggiano molto più rapidamente e facilmente sul web che lungo le vie ufficiali.

La conferma da parte dell’OMS arrivò solo il 23 marzo, in seguito ad una notifica ufficiale del Ministero della Sanità della Guinea.

Eventi segnalati da Healthmap il 19 Marzo 2014 in Guinea.

Eventi segnalati da Healthmap il 19 Marzo 2014 in Guinea.

I creatori di Healthmap sottolineano che il programma non si propone di sostituire gli organi ufficiali, quali appunto l’OMS, che per altro hanno il compito di verificare accuratamente le informazioni e diffonderle nella maniera più opportuna. L’individuazione di fenomeni di contagio, soprattutto ai primi stadi, è però molto difficile, in particolare quando si verificano in paesi con limitate infrastrutture sanitarie pubbliche.

Uno strumento al servizio di governi e istituti di sanità

La ricerca e raccolta costante di notizie, organizzate e associate in maniera ragionata da specifici algoritmi, consente a volte di rilevare pattern epidemiologici, ossia schemi di contagio o diffusione di una malattia, che senza una visione completa e di insieme possono sfuggire, per essere poi notati quando il fenomeno abbia assunto già portata significativa.

“Il nostro obiettivo è quello di mettere a disposizione dei governi, degli istituti di sanità e degli epidemiologi informazioni accurate, il più rapidamente possibile, in modo che essi possano rispondere meglio e tempestivamente al diffondersi di malattie infettive”, afferma Brownstein.

Data la crescita del fenomeno ebola in questi mesi -e l’allarme sanitario conseguente- gli sviluppatori di Healthmap hanno creato una pagina a parte per questa epidemia, nella quale si possono consultare tutte le notizie raccolte a partire dal 14 marzo scorso. Inoltre, collegandosi a questo link e premendo “play” è possibile vedere come si è gradualmente diffusa l’infezione.

Ovviamente Healthmap non è perfetto e senza dubbio continuerà ad essere migliorato. E’ comunque auspicabile che, in seguito alla drammatica vicenda vissuta ora dall’Africa occidentale, strumenti informatici di questo tipo siano adottati e adoperati più sistematicamente.

Nuove fibre ottiche per le telecomunicazioni e la chirurgia

Sviluppata una nuova fibra ottica, dalla struttura altamente disordinata, che sarà in grado di trasmettere più informazione. La maggiore concentrazione del fascio luminoso da essa trasportato consentirà anche la realizzazione di bisturi laser molto più precisi.

Le fibre ottiche sono largamente impiegate nelle telecomunicazioni, nella medicina e nell'illuminotecnica.

Le fibre ottiche sono largamente impiegate nelle telecomunicazioni, nella medicina e nell’illuminotecnica.

Un gruppo di ricercatori italiani (CNR e IIT) e del Wisconsin ha sviluppato un nuovo tipo di fibra ottica che permetterà trasmissioni più veloci e operazioni chirurgiche più precise.

Essa si basa sull’applicazione del fenomeno di localizzazione delle onde di Anderson, noto ormai da mezzo secolo, combinata con l’impiego di moderni metodi di focalizzazione della luce.

Intrappolare le onde

Nel propagarsi in un mezzo, normalmente le onde diffondono in tutte le direzioni. Se si aumenta il disordine del mezzo, ossia i difetti della sua struttura, la diffusione viene ostacolata. Secondo l’interpretazione del fenomeno data da Anderson, esiste una quantità critica di tali difetti oltre la quale si arriva alla completa assenza di trasmissione.

Utilizzando un mezzo adeguatamente disordinato, dunque, si può inibire la diffusione delle onde in tutte le direzioni e localizzarne spazialmente il cammino. Questo è stato dimostrato per vari tipi di onde: elettromagnetiche, meccaniche, sonore.

Nel nostro caso, l’onda in questione è la luce (che è al tempo stesso onda elettromagnetica e flusso di particelle, i fotoni) e il mezzo è la fibra ottica. Per far sì che un fascio di luce si propaghi in una direzione precisa, occorre utilizzare una fibra ottica avente una struttura tale che la trasmissione sia inibita lateralmente ma non longitudinalmente.

Una struttura disordinata

Questo effetto è stato ottenuto dai ricercatori impiegando una fibra costruita con micro-tubi di materiali plastici (polistirene e polietil-metacrilato) disposti in maniera disordinata. Il fascio ottico che porta l’informazione viene focalizzato tramite un sistema di modulazione spaziale di luce e inviato lungo la fibra ottica, che rappresenta la linea di trasmissione.

Gli esperimenti condotti hanno dimostrato che il fascio resta molto concentrato, confinato in un cammino molto stretto. Ciò consente di realizzare fibre con più cammini ottici in parallelo, così da permettere la trasmissione in contemporanea di più informazione.

La struttura disordinata della nuova fibra ottica permette di confinare spazialmente il fascio di luce lungo un cammino molto stretto.

Immagine al microscopio elettronico di una fibra ottica a struttura disordinata.Tale struttura permette di confinare spazialmente il fascio di luce lungo un cammino molto stretto. La banda bianca in basso a destra corrisponde a 4 micrometri di lunghezza. [Immagine: Nature]

Le applicazioni

Le possibili applicazioni di queste nuove fibre però non si limitano solo alle telecomunicazioni, bensì anche alla medicina, in particolare alla chirurgia laser.

In chirurgia, si può utilizzare una fibra ottica per trasportare un fascio laser e realizzare tagli molto precisi, uniti a un effetto coagulante – spiega Claudio Conti, direttore dell’Istituto dei sistemi complessi del CNR – Il taglio è tanto più preciso, quanto più la luce è focalizzata, e le nuove fibre potrebbero migliorare la precisione di questo bisturi laser.”

Gli istituti di ricerca italiani coinvolti in questa ricerca sono numerosi: l’Istituto dei sistemi complessi (ISC) e l’Istituto per i processi fisico chimici (IPCF) del Consiglio Nazionale delle Ricerche; l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT); il Dipartimento di Fisica della Sapienza. Il lavoro, che è stato realizzato in collaborazione con alcuni ricercatori dell’Università del Wisconsin, è stato recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications’.


Cos’è la fibra ottica?

Le fibre ottiche sono dei tubicini di materiale plastico o vetroso all’interno dei quali si può far propagare la luce in maniera guidata. I cavi realizzati con fibre ottiche sono molto flessibili e resistenti a disturbi elettrici, intemperie, variazioni di temperatura. Pertanto possono essere impiegati per trasmettere segnali a larga distanza, incorrendo in scarsa degradazione del segnale.

Struttura di un cavo di fibra ottica: nucleo (core); mantello (cladding); rivestimento (coating).

Struttura di un cavo di fibra ottica: nucleo (core); mantello (cladding); rivestimento (coating).

Ogni singola fibra ottica è composta da due strati concentrici di materiale trasparente molto puro: un nucleo cilindrico centrale, detto core, ed un mantello esterno, chiamato cladding. Il tutto è poi ricoperto da una guaina isolante polimerica che protegge la fibra da stress fisici.

Il segnale ottico si trasmette lungo la fibra rimbalzando tra il nucleo e il mantello. Più precisamente, la luce entra nel core ad un certo angolo e si propaga mediante una serie di riflessioni alla superficie di separazione fra il nucleo e il mantello.

Superluna, perché?

Il fenomeno della Luna più grande e brillante nel cielo appassiona sempre più non solo amanti dell’astronomia, bensì anche gente comune. Ma qual è la spiegazione scientifica?

"Superluna", ovvero Luna piena al perigeo.

“Superluna”, ovvero Luna piena al perigeo.

Quest’anno nella notte di San Lorenzo la Luna ha rubato il palcoscenico alle stelle cadenti. Per la seconda volta in poco tempo, infatti, il 10 agosto si è verificato il fenomeno della “luna al perigeo”, comunemente e affettuosamente ribattezzata “superluna”.

Cos’è la superluna?

La Luna compie una rotazione completa intorno alla Terra ogni mese, seguendo un’orbita ellittica, cioè di forma ovale. Lungo questa traiettoria tocca due estremi, uno chiamato “apogeo”, il punto in cui essa è più lontana dalla Terra, e l’altro detto “perigeo”, nel quale è più vicina di 50.000km. E’ questa differenza di distanza che ci fa apparire le dimensioni della Luna come variabili nell’arco del mese.

In realtà, però, il più delle volte non ce ne accorgiamo affatto, perché il fenomeno è visibile ad occhio nudo solo se la Luna è piena nel momento in cui raggiunge il perigeo. In questa circostanza, ci appare più grande del normale e più brillante del 30%.

Quest’anno tale coincidenza accade ben tre volte: il 12 luglio, il 10 agosto e il 9 settembre. Quella della notte di San Lorenzo però è stata la Luna “più grande” delle tre, in quanto la coincidenza è stata migliore. Il 12 luglio e il 9 settembre, infatti, a coincidere è il giorno di luna piena con il raggiungimento del perigeo; la notte del 10 agosto, invece la Luna è diventata piena nella stessa ora del perigeo.

Di fatto, però, spesso non è facile accorgersi della differenza di dimensione apparente e luminosità della Luna. In primo luogo, perché ci può essere nebbia o foschia, in secondo luogo perché di fatto l’occhio umano ha difficoltà a percepire la dimensione di un oggetto nel cielo se non può confrontarlo con un altro di riferimento di cui conosce la taglia, come ad esempio un palazzo.

Superluna o illusione lunare?

Superluna o illusione lunare?

L’illusione lunare

Proprio questo meccanismo celebrale, che ci consente di percepire le dimensioni degli oggetti, anche posti a diverse distanze, confrontandoli con altri, è probabilmente alla base di un altro noto fenomeno, che però non ha niente a che vedere con la superluna. Si tratta dell’illusione lunare.

L’illusione di verifica quando la Luna è molto bassa sull’orizzonte e appare tra costruzioni e alberi. In tal caso, infatti, ci sembra che essa sia molto più grande del normale, indipendentemente dalla posizione nella sua orbita. Ciò ovviamente non è vero, si tratta di un errore di percezione.

Coloro che si sono persi l’evento, potranno rifarsi il 9 settembre prossimo, anche se sarà forse un poco meno evidente. In ogni caso, non si tratta di un evento così raro, quindi ci saranno ancora molte occasioni. Diffidare però della Luna all’orizzonte: si potrebbe trattare di semplice illusione.

Nella sua orbita ellittica, la Luna  tocca due estremi: l'“apogeo”, il punto in cui essa è più lontana dalla Terra, e il “perigeo”, nel quale è più vicina di circa 50.000km.

Nella sua orbita ellittica, la Luna tocca due estremi: l’“apogeo”, il punto in cui essa è più lontana dalla Terra, e il “perigeo”, nel quale è più vicina di circa 50.000km.

Momento storico per Rosetta, prima sonda nell’orbita di una cometa

Lo scorso 6 agosto la sonda spaziale Rosetta ha raggiunto la Cometa 67P dopo un viaggio durato ben 10 anni. Dai primi dati emergono già alcune sorprese. Intanto gli scienziati cercano una base di atterraggio per il modulo Philae, che scenderà sul suolo il prossimo novembre.

La cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko fotografata da Rosetta lo scorso 3 agosto da una distanza di 285km. [Immagine: ESA/Rosetta/MPS]

La cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko fotografata da Rosetta lo scorso 3 agosto da una distanza di 285km. [Immagine: ESA/Rosetta/MPS]

Dopo 10 anni di viaggio interplanetario e circa 6,5 miliardi di chilometri di tragitto, la sonda spaziale Rosetta ha raggiunto la sua destinazione, ossia la Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko .

Si tratta di un evento di importanza storica per l’Agenzia Spaziale Europea (ESA), che ha programmato e seguito la missione durante tutti questi anni. Rosetta, infatti, è il primo veicolo ad entrare nell’orbita di una cometa e analizzarla così da vicino.

Al momento la sonda si è accostata a 100 km dalla superficie, ma presto entrerà nell’orbita, dove resterà fino al dicembre del 2015 per raccogliere importanti dati e immagini relativi al corpo celeste.

La sonda spaziale Rosetta in un immagine virtuale dell’ESA. [Immagine: ESA/Rosetta/MPS]

La sonda spaziale Rosetta in un immagine virtuale dell’ESA. [Immagine: ESA/Rosetta/MPS]

Il modulo Philae

Gli scienziati dell’ESA prima di tutto osserveranno la superficie della cometa per scegliere un luogo adatto all’atterraggio. A toccare il suolo, però, non sarà la stessa Rosetta, bensì un modulo chiamato Philae. Si registrerà così un altro primato, visto che mai prima d’ora una sonda o un modulo è atterrato su una cometa.

Philae svolgerà misure dirette delle proprietà della Cometa 67P, grazie all’impiego di un ricco corredo di strumenti di alta tecnologia. Inoltre, trivellerà il suolo per penetrare nel nucleo del corpo celeste e analizzarne la composizione. Le informazioni che se ne trarranno saranno preziose ai fini dello studio della formazione del Sistema Solare.

Il  modulo Philae, progettato e fabbricato in gran parte in Italia [Immagine: ESA/Rosetta]

Il modulo Philae, progettato e fabbricato in gran parte in Italia [Immagine: ESA/Rosetta]

Cosa sono le comete e perché è importante studiarle?

Una cometa è un corpo celeste relativamente piccolo, simile ad un asteroide, però composto prevalentemente di ghiaccio. Nello specifico, si tratta di acqua, anidride carbonica e metano – tutti ghiacciati – mescolati ad aggregati di polveri di roccia e vari minerali.

Gli astronomi pensano che le comete siano residui rimasti dalla condensazione della nebulosa da cui nacque il nostro Sistema Solare, per questo il loro studio può aiutarci a comprenderne le origini.

Per di più, probabilmente le comete giocarono un ruolo importante nella formazione degli oceani e dell’atmosfera e, dato che contengono molecole organiche complesse, forse hanno a che fare anche con l’origine della vita sulla Terra.

Prime scoperte

Spettacolari immagini della Cometa 67P sono già state inviate da Rosetta nei giorni scorsi. Si è potuto osservare che il corpo celeste, lungo circa 4 km, è piuttosto irregolare nella forma e ha una superficie alquanto impervia. Esso presenta una parte più grossa e una più piccola, definite rispettivamente “corpo” e “testa”. La parte che le congiunge, il “collo”, appare più brillante del resto.

Questa struttura singolare (che fa pensare alla fusione di due comete) ha sorpreso gli astronomi, così come la temperatura del corpo celeste, che è di 20-30 gradi superiore a quanto atteso. La cometa è dunque troppo calda per essere interamente coperta di ghiaccio.

Rosetta ha impiegato uno spettrometro a radiazione infrarossa per misurare la temperatura della Cometa 67P, risultata di -70ºC. L’osservazione della superficie ha inoltre permesso di notare che essa non è particolarmente riflettente. L’unione di questi due dati ha indotto gli astronomi a supporre che il suolo presenti solo delle chiazze di ghiaccio, in mezzo ad una crosta fatta di polveri.

Maggiori informazioni riguardo alla composizione della cometa saranno raccolte man mano che la sonda si avvicinerà e, in particolare, quando Philae toccherà il suolo del corpo celeste.

La missione entra nella fase calda…

Nei prossimi mesi gli esperti dell’ESA, che seguono la missione dalla sede di Darmstat, in Germania, procederanno a far entrare la sonda in un orbita circolare intorno alla cometa e ad avvicinarla gradualmente ad essa. Queste complicate manovre saranno svolte sotto la guida di Paolo Ferri, responsabile delle operazioni, e di Andrea Accomazzo, direttore di volo di Rosetta. Esse sono preliminari alla fase più delicata della missione: la discesa e l’atterraggio di Philae, programmato per il prossimo mese di novembre.

C’è grande tensione all’ESA per la difficoltà delle operazioni, ma dopo più di dieci anni di attesa, gli scienziati sono molto eccitati.

Rosetta infografica

La missione di Rosetta è iniziata nel marzo del 2004 e proseguirà fino al dicembre 2015. Qui illustrate le tappe storiche. [Infografica: ANSA/Centimetri]


Curiosità

67P o 46P?

La Cometa 67P fu scoperta nel 1969 dagli astronomi ucraini Klim Churyumov e Svetlana Gerasimenko. Essa compie un giro completo intorno al sole ogni 6.5 anni.

L’obiettivo originario della missione di Rosetta non era la Cometa 67P, bensì la 46P/Wirtanen, ma la missione fu ritardata (il lancio era previsto per il gennaio 2003), pertanto gli scienziati cambiarono destinazione, sulla base della posizione nell’orbita delle due comete e criteri di ordine pratico ed economico ad essa connessi.

Dagli antichi Egizi all’esplorazione dello spazio

Rosetta è così chiamata in ricordo della celebre stele che ha tale nome, una pietra incisa dagli antichi Egizi che fu fondamentale per decifrare i geroglifici. La pietra aprì la via alla comprensione di una civiltà antichissima e perduta. Analogamente, gli scienziati sperano che la sonda Rosetta possa fornire dati preziosi per una nuova comprensione delle origini del Sistama Solare.

Philae, invece, è il nome di un’isola sul Nilo. Un obelisco trovato su di essa fornì all’archeologo francese Champollion ulteriori elementi che gli permisero di decifrare completamente i geroglifici della stele di Rosetta.

Nuovi schermi per leggere senza occhiali

Schermi per cellulari, tablet e computer in grado di compensare i difetti di vista dell’utente consentiranno di fare a meno degli occhiali da lettura.

Immagine sfocata che simula ciò che vedrebbe un utente con difetti di vista: 1. su uno schermo privo di correzioni; 2. su uno schermo a campo di luce (non descritto in questo articolo); 3. sul nuovo schermo a correzione presentato dai ricercatori del MIT; 4. in una simulazione di correzione ideale. [Immagine: Fu-Chung Huang/MIT]

Immagine sfocata che simula ciò che vedrebbe un utente con difetti di vista: 1. su uno schermo privo di correzioni; 2. su uno schermo a campo di luce (non descritto in questo articolo); 3. sul nuovo schermo a correzione presentato dai ricercatori del MIT; 4. in una simulazione di correzione ideale. [Immagine: Fu-Chung Huang/MIT]

Non sarebbe comodo se a mettersi gli occhiali, anziché noi, fosse il nostro telefono?

Un gruppo di ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) e dell’Università di Berkeley in California hanno sviluppato uno schermo per dispositivi elettronici che si adatta ai difetti di vista di chi lo usa. Perché ciò sia possibile, ovviamente, oltre allo schermo adatto occorre anche un software adeguato.

I difetti di vista sono dati da una discrepanza tra la distanza focale dell’occhio, ossia l’intervallo spaziale in cui esso è in grado di mettere a fuoco, e la distanza effettiva dell’oggetto. Il nuovo schermo, di fatto, simula un’immagine alla corretta distanza focale, che verrebbe percepita come sfocata da un occhio sano.

Come funziona

Il meccanismo sfruttato è simile a quello che permette la visione di film in 3D: sullo schermo vengono proiettate due immagini leggermente differenti e sfasate per ciascuno dei due occhi; l’uso di occhiali speciali fa sì che ciascun occhio veda solo l’immagine a lui destinata. Questo crea l’illusione delle tre dimensioni.

Sono già stati sviluppati, proprio da ricercatori al MIT, degli schermi che consentono la visione tridimensionale senza uso di occhiali.

La correzione dei difetti di vista si effettua in maniera simile: in tal caso occorre produrre immagini distinte e non allineate per le diverse parti della pupilla.

La difficoltà data da questa tecnica è legata al fatto che rappresentare più immagini diverse sullo stesso schermo significa impiegare più pixel (unità fondamentali in cui si divide la superficie di un display) per un solo punto dell’immagine finale. In pratica, l’immagine che deve essere percepita dalla parte destra della pupilla viene spostata un po’ verso sinistra, viceversa quella per la parte sinistra della pupilla sarà leggermente spostata verso destra. Un numero maggiore di immagini sfasate consente di adattare ancora di più lo schermo alla vista.

Il fatto di dover impiegare un gruppo di pixel fisici per riprodurre un solo punto dell’immagine reale fa sì che la risoluzione dello schermo diminuisca notevolmente.

I ricercatori del MIT hanno risolto questo problema in maniera analoga a quanto fatto dai colleghi che hanno sviluppato la tecnologia 3D. In pratica, si sono resi conto che c’è una notevole ridondanza tra le varie immagini richieste per simulare i differenti angoli di visione e che, pertanto, ogni singolo pixel fisico può partecipare contemporaneamente alla formazione delle immagini per vari angoli visuali. In questo modo la perdita in risoluzione è molto più modesta.

Le immagini da riprodurre sullo schermo sono gestite e calcolate a seconda del difetto di vista dell’utente tramite un programma dedicato.

Prototipo del nuovo schermo. Una maschera che contiene una matrice di fori (sinistra) è montata di fronte allo schermo touch di un iPod Apple (in basso a destra). Lo schermo emette luce con una risoluzione angolare sufficientemente alta affinché almeno due delle immagini sovrapposte raggiungano la pupilla dell’osservatore umano. Questo effetto è illustrato in alto a destra: numeri differenti sono visibili da diverse direzioni. [Immagine: Fu-Chung Huang/MIT]

Prototipo del nuovo schermo. Una maschera che contiene una matrice di fori (sinistra) è montata di fronte allo schermo touch di un iPod Apple (in basso a destra). Lo schermo emette luce con una risoluzione angolare sufficientemente alta affinché almeno due delle immagini sovrapposte raggiungano la pupilla dell’osservatore umano. Questo effetto è illustrato in alto a destra: numeri differenti sono visibili da diverse direzioni. [Immagine: Fu-Chung Huang/MIT]

Prototipo e future versioni

Nel prototipo realizzato dai ricercatori lo schermo è ricoperto da una sottile maschera che presenta una finissima matrice di fori. Grazie ad essa ogni parte dell’occhio vede i pixel dell’immagine che le è destinata, mentre gli altri le sono invisibili.

Nella futura versione commerciale molto probabilmente questa maschera sarà eliminata e sostituita dalla tecnologia usata per i 3D, ossia la sovrapposizione di sottili schermi a cristalli liquidi. Inoltre potrà essere incluso un programma in grado di misurare i difetti di vista dell’utente e impostare di conseguenza le correzioni da apportare allo schermo.

Questa tecnologia potrà essere applicata a telefoni cellulari, palmari, tablet e computer, nonché a dispositivi GPS da usare in auto, in modo che il guidatore possa limitarsi ad usare lenti per vedere a distanza (se necessario), senza preoccuparsi dei problemi di vista da vicino.

I ricercatori del MIT hanno diffuso un video per presentare il nuovo schermo.

In arrivo la moto aerea… e non è fantascienza

Hoverbike, motocicletta aerea progettata da un neozelandese, si prepara a prendere il volo grazie al finanziamento da parte di appassionati.

Ma non è la sola: un’impresa californiana sta lavorando alla commercializzazione della sua Aero-X.

Un prototipo della Aero-X di Aerofex durante i test di volo nel 2012. [Immagine: Aerofex]

Un prototipo della Aero-X di Aerofex durante i test di volo nel 2012. [Immagine: Aerofex]

A quanto pare il sogno di volare con una motocicletta aerea, comune a molti appassionati di fantascienza, si potrà realizzare presto. Chi è interessato, può cofinanziare il progettoHoverbike(www.hover-bike.com/MA/) della Malloy Aeronautics ed iniziare ad esercitarsi con un modellino in scala.

A lanciare l’iniziativa su Kickstarter, sito per la raccolta fondi tra internauti, è stato il neozelandese Chris Malloy, il quale dal 2011 lavora allo sviluppo di una moto aerea facile da guidare e, quindi, pilotabile senza brevetto.

Dopo aver realizzato vari prototipi e averli testati con successo, Malloy sta ora lavorando ad una versione a quattro rotori, più compatta e leggera. Il progetto è piuttosto costoso, pertanto il suo ideatore ha deciso di chiedere finanziamenti, oltre che ad imprese private, anche agli appassionati del genere.

I finanziatori riceveranno un drone della Hoverbike, ossia un modello di dimensioni ridotte (1/3 rispetto all’originale), telecomandato e in grado di trasportare oggetti di modesto peso.

La Hoverbike di Mallay, però, non è il primo veicolo del genere che sia mai stato progettato.

Drone della Hoverbike a quattro rotori di Malloy Aeronautics: le dimensioni sono 1/3 rispetto a quelle del modello reale. [Immagine: Malloy Aeronautics]

Drone della Hoverbike a quattro rotori di Malloy Aeronautics: le dimensioni sono 1/3 rispetto a quelle del modello reale. [Immagine: Malloy Aeronautics]

Primissimi progetti

L’idea originaria è di Frank Piasecki, ingegnere americano e pioniere dell’aviazione in elicottero. Nel 1957 Piasecki sviluppò per l’aeronautica militare americana un prototipo di velivolo bi-rotore, capace di volare ad alcuni metri di distanza da terra, con sedili per due persone collocati nel mezzo tra i due rotori. Il progetto fu però abbandonato, in quanto l’aeronautica americana preferì concentrarsi sullo sviluppo degli elicotteri.

Le idee di Piasecki furono riprese poi da altri appassionati: in vari hanno tentato di realizzare velivoli simili.

Aero-X verso la commercializzazione

Finalmente due anni fa una compagnia americana, la Aerofex, annunciò che il loro prototipo di motocicletta aerea aveva superato i test di volo. Pochi mesi fa, poi, l’impresa ha fatto sapere che prevede di arrivare sul mercato con un modello commerciale già nel 2017.

Il velivolo, chiamato Aero-X, si colloca a mezza strada tra un elicottero e una motocicletta. Esso, infatti, vola per mezzo di due rotori ed è in grado di decollare e atterrare verticalmente, come gli elicotteri; ha però dimensioni, forma e peso molto simili a quelle di una moto.

Esso può raggiungere una velocità massima di 70km all’ora e può sollevarsi fino a 3,7m da terra (altezza massima consentita dall’Aviazione americana per un velivolo usabile senza brevetto da pilota).

La grande sfida nella realizzazione di questi velivoli è data dall’accoppiamento, ossia il fenomeno per cui, quando il pilota tenta di procedere in avanti, si trova inevitabilmente anche a girare verso sinistra. Per evitarlo, l’operatore deve eseguire varie manovre per contrastare questo effetto. La Aero-X implementa dei sistemi di controllo che bilanciano automaticamente l’accoppiamento, semplificando notevolmente la dinamica di volo.

Aero-X di Aerofex. [Immagine: Aerofex]

Aero-X di Aerofex. [Immagine: Aerofex]

Prodotti di lusso

La Aero-X è capace di sopportare un peso di 140kg e di volare per circa un’ora e 15 minuti con un pieno. Il consumo è dunque abbastanza elevato. Del resto il velivolo sarà messo in commercio al prezzo di 85.000 dollari (circa 63000 euro), quindi si tratterà di un articolo di lusso.

Allo stesso tempo, però, sarà molto meno costosa di un elicottero, pertanto potrà essere impiegata al suo posto in varie applicazioni: per soccorso e pattugliamento, nell’agricoltura e nell’allevamento, per l’agrimensura, ecc.

La Hoverbike, a detta della Malloy Aeronautics, potrebbe essere venduta al prezzo di 55.000 dollari, ma per il momento si tratta solo di una previsione.

In ogni caso, non sarà concesso l’uso ‘su strada’ e in centri abitati, bensì esclusivamente per sorvolare terreni impervi o quando sia necessario raggiungere dei luoghi con particolare rapidità.

I clienti ai quali sono orientati questi prodotti, per il momento, non sembrano essere principalmente i singoli consumatori. Quindi se è vero che la realizzazione del sogno degli appassionati si avvicina, per ora la moto aerea non sarà… parcheggiata sotto la casa di tutti.