e risalite mozzafiato
Come gli storni regolano la velocità
Pubblicato sulla rivista Nature Communications un nuovo modello matematico che
spiega come i singoli individui all’interno di uno stormo di uccelli siano in
grado di regolare la loro velocità, mantenendo il coordinamento con il gruppo.
Lo studio, realizzato dal gruppo Cobbs, che vede insieme ricercatori della
Sapienza e dell’Istituto dei Sistemi Complessi del CNR di Roma, apre nuove
strade verso la comprensione dei sistemi biologici e nel campo applicativo dei
settori di robotica e ingegneria
Uno stormo di storni. E’ quasi uno scioglilingua il cui significato ben si
spiega in alcuni periodi dell’anno, quando, soffermandoci con il naso all’insù,
possiamo osservare tanti, unici, grandi corpi neri volteggiare in discese e
risalite mozzafiato nel cielo, disegnando spettacolari coreografie. “In realtà
sono centinaia, migliaia di uccelli, storni appunto, che sincronizzano il loro
movimento con lo scopo di mantenere il gruppo coeso e reagire collettivamente
agli attacchi dei predatori e agli stimoli esterni. Questo fenomeno collettivo è
generato da un meccanismo imitativo. Ogni uccello adatta la propria direzione di
volo e la propria velocità a quella di una decina di uccelli nel suo vicinato.
In questo modo, quando un uccello cambia il proprio moto, i suoi vicini lo
imitano e, con una sorta di passaparola, il cambiamento si propaga in tutto il
gruppo”. dice Stefania Melillo, dell'Istituto dei sistemi complessi del Cnr
(Cnr-Isc) di Roma e componente del gruppo di ricerca 'Cobbs' (Collective
behaviour in biological systems), nato dalla collaborazione Cnr e Università
'Sapienza' di Roma. “La necessità fondamentale per il verificarsi di questo
spettacolare fenomeno (in gergo chiamato ‘flocking’) è che gli individui
rimangano all’interno del gruppo, muovendosi in maniera coordinata, tra frenate
e accelerate, dovendo sottostare ad una serie di vincoli meccanici e fisiologici
richiesti da una dinamica complessa come quella del volo. Quello che ancora non
è ben chiaro è come gli uccelli regolino la loro velocità all’interno del
gruppo”.
In un recente articolo pubblicato su Nature Communications, i ricercatori del
gruppo Cobbs propongono un nuovo modello matematico che spiega proprio come i
singoli individui all’interno di uno stormo di uccelli regolano la loro
velocità.
“Immaginiamo di sperimentare su noi stessi un meccanismo simile al volo degli
storni quando siamo nel traffico o in autostrada e regoliamo la nostra andatura
in base alle autovetture davanti a noi. Quando una vettura frena, quelle nelle
sue immediate vicinanze la imitano. Il cambio di velocità si propaga poi a tutta
la fila di macchine, che collettivamente rallentano”, spiega Antonio Culla, del
gruppo Cobbs, dottorando in fisica all’università ‘Sapienza’ di Roma e tra gli
autori dell’articolo scientifico. “Ma c’è un altro elemento da tenere in
considerazione. La velocità di un’autovettura è limitata dal motore:
un’utilitaria non può raggiungere la velocità di una macchina sportiva. Allo
stesso modo, a causa della sua struttura fisiologica, uno storno non può volare
veloce quanto un falco”.
Ma come si modellizza questo controllo delle velocità? “Gli storni hanno un
valore preferenziale della velocità di volo (circa 43 Km/h), chiamato velocità
di riferimento, dovuto alla loro struttura fisiologica. Quando si trovano in
volo all’interno di un gruppo di loro simili, è estremamente facile muoversi ad
una velocità di poco diversa da quella di riferimento, mentre è incredibilmente
difficile muoversi molto più veloci o molto più lenti”, prosegue Culla. “Nel
modello teorico che proponiamo, il singolo elemento dello stormo regola la sua
velocità individuale all’interno della dinamica del gruppo, purché resti su
valori ragionevoli, come una sorta di limitatore su una autovettura, che
permette all’autista di deviare dal valore di riferimento, ma non di
oltrepassare un limite fissato”.
L’eccezionale database di stormi di storni costruito dal gruppo Cobbs negli
ultimi 15 anni, unico nel suo genere poiché comprende le traiettorie
tridimensionali di 45 stormi di varie dimensioni (da 10 a 3000 uccelli), ha
permesso di provare l’efficacia dello studio. “Il nuovo modello 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”.
Lo studio del gruppo di ricerca ‘Cobbs’, per descrivere il movimento collettivo,
apre nuove strade verso la comprensione dei sistemi biologici ma anche
nell’ambito della robotica e dell’ingegneria.