97
Capitolo 6
Conclusioni
Il lavoro svolto si è incentrato sull’imitazione del movimento di reaching e sulla validazione della teoria dell’onda di stiffening come modalità per la propagazione della piega in direzione prossimo-distale nel braccio del polpo. L’emulazione del movimento che il polpo è in grado di compiere è motivata dall’osservazione delle sue sorprendenti ed uniche capacità motorie.
Sia la riproduzione del movimento che la validazione della teoria dell’onda di stiffening sono state implementate grazie ad un mock-up realizzato appositamente per lo scopo ed ad una piattaforma comprensiva di motori, hardware di controllo e PC che ha reso possibile far eseguire in acqua gli esperimenti necessari. Questo studio, infatti, è il primo nel suo genere in cui è stato possibile attivare automaticamente l’artefatto direttamente nell’ambiente acquatico che rappresenta l’habitat naturale del polpo. L’ambiente acquatico è molto importante poiché contribuisce significativamente a modificare le caratteristiche del movimento stesso. L’interazione con l’acqua determina, per esempio, la posizione di riposo del mock-up. Infatti, sequesto viene assicurato alla base della piattaforma in aria asseconda la forza di gravità scendendo verso il basso. Viceversa, una volta assicurato alla base della piattaforma e posto in ambiente acquoso il mock-up manterrà una posizione di riposo che tende verso il basso, ma con un angolo di appena 10° circa. Molto interessante è anche l’interazione del mock-up con la superficie dell’acqua. Nel caso in cui il livello dell’acqua salata nell’acquario sia basso e, durante il movimento, la parte non attuata del mock-up si trovi a raggiungere tale punto essa non fuoriesce dall’acqua. Questo è un effetto secondario (ma molto interessante) dovuto alla scelta dei materiali impiegati. Infatti, il silicone utilizzato possiede approssimativamente la stessa densità del braccio dell’ Octopus vulgaris. Dato che tali densità sono a loro volta approssimativamente simili alla densità dell’acqua, il braccio si adagia sul pelo dell’acqua senza né affondare né fuoriuscire.
98
Lo studio dell’ampia documentazione biologica sulle caratteristiche motorie del polpo in generale ed sul movimento di reaching in particolare ha permesso di evidenziare chiaramente quali fossero le caratteristiche da imitare e le idee da tener presenti nella progettazione del controllo del dispositivo atto a riprodurre tale movimento. Per esempio, visto che il movimento è planare non sono stati attivati i cavi longitudinali puri laterali, ma sono stati tenuti a lunghezza costante in modo da non far muovere il mock-up dal piano individuato dal suo asse maggiore. Ovviamente, la creazione del pattern di attivazione del mock-up non può prescindere da una buona conoscenza della piattaforma su cui lo si implementa. Sono stati compiuti pertanto un gran numero di test per osservare le caratteristiche dei servomotori e del software dedicato in modo da prendere confidenza col sistema. Da tali sperimentazioni è scaturita la possibilità di modificare quanto più possibile il sistema nell’ottica della riproduzione più fedele possibile del movimento di reaching. Dalle informazioni estratte dalla letteratura biologica si sono ricavati sia le caratteristiche imprescindibili per la riproduzione del movimento sia diversi spunti per introdurre una certa variabilità nel movimento, sempre però rimanendo nel range di movimenti che il polpo può eseguire. Se da una parte la planarità del movimento è irrinunciabile, dall’altra l’ampiezza della retroflessione ed il punto di partenza dell’onda di stiffening sono parametri su cui si può “giocare”.
Dopo aver stabilito un protocollo di esperimenti che combinasse l’implementazione di tutti gli elementi fin qui descritti sono stati eseguiti i filmati di tali sperimentazioni. Su di essi sono state effettuate le stesse elaborazioni condotte negli studi biologici per determinare le caratteristiche cinematiche del movimento. A questo punto è stato possibile un raffronto tra le traiettorie, il profilo di velocità tangenziale e la planarità del movimento simulato con quello biologico.
Per quanto riguarda il primo parametro (traiettoria del movimento) i risultati delle prove si sono molto differenziati a seconda dell’angolo della base del mock-up. Inoltre, nei risultati degli esperimenti con angolo di base orizzontale o ruotata verso l’alto le traiettorie sono più simili a quelle del biologico. Ciò era ipotizzabile fin dal principio visto che il polpo compie i suoi movimenti orizzontalmente o verso l’alto dato che risiede nei fondali marini. I parametri di larghezza e altezza del movimento sono confrontabili con quelli del polpo e ciò deriva dall’aver creato il mock-up con dimensioni proporzionali a quelle dell’animale. I risultati riferibili al parametro profilo della velocità tangenziale invece sono simili tra loro per tutte le tre configurazioni sperimentate, indicando come effettivamente la caratteristica
99
d’invariabilità del profilo di tale velocità osservata dai biologi sia valida anche in questo caso.
Mettendo a confronto i profili delle velocità si osserva che la prima parte della curva si differenzia dal profilo biologico mentre il resto del profilo gli è assimilabile. Poiché tale parte iniziale del profilo di velocità tangenziale è simile all’intero profilo di velocità tangenziale del mock-up portato in retroflessione e poi rilasciato senza onda di attivazione si pensa che la prima parte del profilo di velocità sia dovuta proprio al rilascio passivo del silicone. Questi grafici, quindi, sembrano composti di una prima parte imputabile alle caratteristiche del materiale (che si presenta immediatamente) e di una seconda che è conseguenza dell’onda di stiffness. Probabilmente il silicone ha una sua resistenza interna più forte dell’attivazione a cavi. Nel momento in cui tale breve reazione si è esplicata, però, il mock-up si comporta in modo tale che il profilo di velocità tangenziale rispecchi il profilo di velocità tangenziale del biologico.
Se nel polpo il contributo del ritorno elastico è meno accentuato ciò è dato dal fatto che gli sforzi interni de materiale organico sono molto minori. Il silicone, invece, ha degli sforzi interni rilevanti e ciò si riflette sui parametri cinematici come il profilo della velocità tangenziale.
L’emulazione del movimento di reaching ha fatto sì che, indirettamente, fossero testate anche le tensioni a cui possono essere sottoposti i cavi all’interno dell’artefatto. Ciò ha prodotto una conoscenza utile per la caratterizzazione dell’artefatto stesso.
Per quanto riguarda l’analisi della planarità del movimento, è stata ricostruita la posizione sul piano laterale della piega per tutta la durata del movimento. Si è analizzato quanto si discosta dal piano lungo l'asse maggiore del braccio. Il valore medio è di 25 mm. Si nota, altresì, un costante offset dallo zero di tali dati causato dal fatto che il braccio durante la retroflessione si discosta dal piano lungo l'asse maggiore del braccio.
Dalle analisi realizzate si può trarre la conclusione che la riproducibilità del movimento è abbastanza buona, infatti movimenti ripetuti con gli stessi parametri hanno dato risultati cinematici simili.
È possibile affermare che l’onda di co-contrazione dei cavi in direzione longitudinale e radiale riesce a estendere il mock-up. Questa affermazione è suffragata dal comportamento del mock-up in due diverse prove. Azionando il cavo longi-trasversale e rilasciandolo solo
100
in minima parte si ha, alla fine dell’attivazione, un mock-up ancora visibilmente in posizione di retroflessione. Aggiungendo l’onda di attivazione dei cavi longi-trasversali si ottiene invece una completa estensione del mock-up.
Visto che il movimento di reaching è stato riprodotto ottenendo profili di velocità tangenziale abbastanza simili a quelli del polpo in un setup completamente sprovvisto di feed-back sensoriale si può dire che, in un’ottica di semplificazione del controllo, un movimento solo in feed-forward potrebbe essere ipotizzato anche per l’animale, come già suggerito in ambito biologico.
I risultati ottenuti in questo contesto incoraggiano a considerare l’approccio biomimetico, inteso come riproduzione più fedele possibile del modello biologico, come strumento valido ed efficace al fine di imitare la natura animale e indagarne le caratteristiche morfo-funzionali.
Inoltre, è importante mettere in luce la rilevanza che ha ricoperto aver sfruttato materiali con caratteristiche simili a quelle del braccio del polpo, come per esempio la densità. Ciò è menzionato nel paradigma dell’embodiment, specificatamente nel principio del cheap
design: “il disegno deve essere parsimonioso, sfruttare le leggi fisiche”. Effettivamente il
principio di Archimede è stato sfruttata per far sì che l’interazione del silicone con l’acqua riproduca un movimento molto simile al braccio del polpo che effettivamente si adagia sul pelo dell’acqua. In aggiunta, un altro concetto dell’embodiment, l’ecological balance teorizza che, se “la morfologia ed i materiali sono giusti il controllo sarà molto più semplice”. In effetti, il movimento di retroflessione viene ottenuto tirando solo un cavo, quindi si ha un movimento all’apparenza complesso con un controllo molto semplice grazie ad una progettazione dell’artefatto che tiene conto dell’”intelligenza meccanica”.
