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Un occhio elettronico per missili e aerei In Germania si studia un sistema di navigazione ottico che ha per modello gli esseri viventi Un occhio elettronico per missili e aerei Apartire dagli Anni 50 l'interesse ad apprendere dalla natura è gradualmente assurto a metodo, originando un campo di studio noto come «bionica». Questa scienza (da non confondersi con la «bioingegneria») sviluppa sistemi tecnologici modellandone il funzionamento su campioni appartenenti al regno animale. In particolare, alcuni studi sono diretti a imitare le proprietà dei sistemi visivi degli animali superiori e la loro capacità di utilizzare le informazioni ottiche per la soluzione di problemi di navigazione e di inseguimento di un bersaglio. Navigare, nella più ampia accezione del termine, significa dirigere i propri movimenti, mantenere una rotta, riconoscere ed evitare gli ostacoli e raggiungere un punto prefissato. Anche i più sofisticati tra i sistemi tecnici di navigazione in uso, non ultimi i sistemi di navigazione inerziale, non sono in grado di svolgere tutte insieme queste funzioni: infatti possono sì dirigere una rotta o portare su un punto fisso predeterminato ma non sono in grado di raccogliere informazioni dall'ambiente e pertanto non riescono a evitare un ostacolo o a inseguire un bersaglio. Non per niente essi trovano scarsa applicazione in natura, dove animali con sistemi visivi ben sviluppati effet- tuano voli di navigazione e di caccia assai impegnativi esclusivamente a vista. Per illustrare il principio basilare di funzionamento di un sistema di navigazione ottico vale anzitutto una considerazione: via via che ci si avvicina a un determinato scenario, all'osservatore gli elementi di cui questo si compoi. ! sembrano proiettati verso la periferia. E' come se l'immagine esplodesse. Le freccioline che compongono 1 riquadri a) e b) della figura indicano lo scorrimento spaziale delle strutture nel campo visivo per effetto del moto relativo tra l'osservatore e la scenj. L'insieme di questi vettori si definisce «flusso ottico». Il termine è mutuato dalla psicotecnica che, verso gli Anni 50, scoprì che l'analisi del «flusso ottico» rappresenta per il pilota la fonte visiva più importante in fase di atterraggio. Nella parte superiore della figura (a) i vettori all'osservatore appaiono emergere da un puntò noto come «punto di esplosione». Questo punto è il riferimento chiave per l'identificazione del moto relativo tra l'osservatore e la scena: in questo caso un moto in linea retta. Nella parte inferiore della figura (b), le freccine che materializzano i vettori indicano che al moto di traslazione è sovrapposto un moto di rotazione. Negli esperimenti in corso gli infiniti vettori di identificazione del moto sono ottenuti tramite una successione di immagini fomite da un sensore ottico, ad esempio una successione di istan¬ tanee date da un sensore all'infrarosso. L'interpretazione dei campi di vettori è però tutt'altro che facile. Solo dopo il 1980 sono stati sviluppati metodi matematici per calcolare, in base alla successione dei campi vettoriali, la direzione (angolo di incidenza verticale e angolo di sbandamento laterale) e i moti ' rotatòri (rollio, beccheggio e imbardata) e altri parametri di orientamento rispetto all'ambiente. Sulla base dei concetti così sommariamente esposti sono allo studio metodi e modelli di prova per far navigare un aereo e dirìgerlo su un bersaglio mobile. E' il caso di parlare di metodi e di modelli perché il prodotto finale è ancora distante, al termine di un cammino pie¬ no di difficoltà. Tanto per cominciare, la natura non usa mai sensori fissi: nei vertebrati l'occhio si muove nel capo e questo rispetto al corpo e il sistema effettua movimenti composti per esplorare l'ambiente e inseguire corpi in moto. In secondo luogo l£ quantità di dati che l'apparato dovrebbe elaborare e analizzare è asjai maggiore di quella che un moderno calcolatore è in grado di trattare in tempo reale. A questo proposito è importante rilevare che nei sistemi elaborati dalla natura il complesso dei sensori è in grado di ridurre in modo intelligente e drastico il numero delle informazioni inviate ai cervello. Appositi filtri lasciano passare solo le informazioni necessarie, scartando quelle irrilevanti. E ciò facilita l'elaborazione dei segnali rendendola economica e istantanea. La testa di guida di un missile anticarro convenzionale viene oggi stabilizzata da una piattaforma inerziale che richiede l'uso di giroscopi e accelerometri. Poiché questa parte del sistema provvede solo informazioni di rotta sono necessari sensori aggiuntivi come radar e rivelatori all'infrarosso per il riconoscimento e l'inseguimento del bersaglio. Nel complesso si tratta di un sistema pesante, montato su giunti cardanici, con numerose parti in movimento, che consuma grande quantità di energia e richiede molta manutenzione. In un «missile biologico», tutti questi componenti potrebbero venire sostituiti da un sensore di immagini, leggero e compatto , capace di fornire tutte le informazioni necessarie a stabilizzare il missile sulla rotta e a identificare e inseguire il bersaglio. Questa ricerca, in corso alla tedesca Mbb per applicazioni militari, si presta a numerosissime e importanti applicazioni in campo civile: ad esempio per migliorare la navigazione e il pilotaggio degli aerei commerciali e per aumentare la sicurezza del traffico sulle aerovie. Mario Bernardi www//, \\\Ii/✓✓✓V \ v i é / * *••>»•'»•»- «•.«>•« «»fcv««. I \ \WNWX • JWWSN ìli SEMPLICE TRASLAZIONE I vettori sembrano emanare dal "centro di esplosione" suggerendo la direzione lineare del moto (angoli uguali di incidenza verticale e di sbandamento laterale). SNSV.NNS S \ NNWWWW I IH/SS II///ss i11//// II///// 111//// Vili/// V V 1 V 1 i I V V \ V \ \ \ SOVRAPPOSIZIONE DI TRASLAZIONE E ROTAZIONE La disposizione dei vettori indica un moto composto di traslazione e rotazione. Le componenti del sistema possono venire separate solo con l'ausilio di complessi metodi matematici.