Caroselli aerei nel cielo di Roma

Recentemente sulla rivista Nature Communications è stato pubblicato uno studio portato a termine dal gruppo di ricerca CoBBS (Collective Behaviour in Biological Systems), composto da ricercatori della Sapienza e dell’Istituto dei Sistemi Complessi del CNR di Roma. La ricerca riguarda un nuovo modello che spiega come i singoli individui all’interno di uno stormo di uccelli (più precisamente storni) regolano la loro velocità.

Coreografie in volo: il flocking

La necessità fondamentale per il verificarsi di questo spettacolare fenomeno – in gergo chiamato flocking, dall’inglese flock, stormo – è che gli individui rimangano all’interno del gruppo, muovendosi in maniera coordinata, dovendo sottostare a una serie di vincoli meccanici e fisiologici richiesti da una dinamica complessa come quella del volo.
La ricerca parte da uno studio approfondito sui dati sperimentali relativi alle traiettorie che questi animali compiono nel cielo: tale approccio ha permesso ai ricercatori di capire gli ingredienti fondamentali che regolano il flocking. Dopo l’analisi dei dati relativi a stormi da 10 a 3000 individui, è stato possibile costruire un modello che è stato studiato da un punto di vista teorico e simulato tramite computer, per poi confrontarlo con i dati sperimentali e confermarne la validità.

Perché gli stormi di uccelli volano in maniera coordinata?

La principale scoperta riguarda il modo in cui il singolo elemento dello stormo regola la sua velocità individuale all’interno della dinamica del gruppo. Gli storni hanno un valore preferenziale della velocità di volo (circa 43 km/h), chiamato velocità di riferimento, dovuto alla loro struttura fisiologica. È una sorta di “velocità naturale” alla quale loro si muovono in assenza di stimoli esterni, un po’ come la velocità a cui cammina istintivamente una persona quando fa una passeggiata di piacere. Quando gli storni si trovano in volo all’interno di un gruppo di loro simili, per loro è estremamente facile spostarsi a una velocità di poco diversa da quella di riferimento, mentre è incredibilmente difficile muoversi molto più veloci o molto più lenti.
La descrizione matematica di questa caratteristica intuitiva attraverso una forza di richiamo per la velocità è il risultato centrale dello studio. Tale caratteristica, inclusa in un nuovo modello teorico, permette agli elementi all’interno dello stormo di coordinare i loro movimenti e di essere molto correlati tra di loro, pur mantenendo una velocità vicina a quella di riferimento, proprio come negli stormi osservati sul campo.

Dalla robotica all’ingegneria: le nuove applicazioni del modello

L’implementazione di questa nuova idea in un modello per descrivere il movimento collettivo apre nuove strade verso la comprensione dei sistemi biologici. Il modello studiato in questa ricerca potrà poi essere complicato a piacere, allo scopo di descrivere in maniera sempre più accurata la dinamica del flocking. Al di là della fisica e della biologia, i concetti e le tecniche che sono alla base di questo nuovo risultato potranno essere riutilizzati nell’ambito della robotica e dell’ingegneria, per sviluppare algoritmi di controllo per stormi di unità artificiali, come ad esempio droni per uso agricolo.

Immagine di copertina: copyright CoBBS lab