Esoscheletri subacquei: i sub consumano fino al 30% di aria in meno
Immergersi più a lungo, nuotare con meno fatica e consumare meno aria della bombola: un gruppo di ricercatori cinesi sta sviluppando esoscheletri robotici da indossare sott’acqua per assistere i movimenti delle gambe. Non sono motori che trascinano il sub come uno scooter acquatico, ma dispositivi che riconoscono il movimento naturale del corpo e forniscono una spinta aggiuntiva nel momento giusto. I primi esperimenti hanno mostrato una riduzione del volume respiratorio per minuto vicina al 30% durante alcuni esercizi.
La ricerca arriva dallo Shenzhen Institute of Advanced Technology (SIAT), parte dell’Accademia cinese delle scienze, ed è stata approfondita in un articolo pubblicato su Science Robotics. I prototipi più importanti si chiamano PEAKED e KAED e affrontano lo stesso problema con soluzioni differenti: il primo è un esoscheletro morbido e flessibile, il secondo utilizza una struttura più rigida. La tecnologia è ancora sperimentale e i risultati di laboratorio non garantiscono automaticamente un identico risparmio d’aria durante ogni immersione reale.
Come funziona l’esoscheletro che aiuta a nuotare sott’acqua
Chi pratica immersioni sa che anche un movimento apparentemente semplice richiede energia. Il sub deve contrastare la resistenza dell’acqua, mantenere il controllo dell’assetto e muovere le pinne con continuità. Quando i muscoli lavorano di più, aumenta generalmente anche la ventilazione e il gas disponibile nella bombola può esaurirsi più rapidamente.
Gli esoscheletri subacquei intervengono proprio su questo punto. Attraverso sensori e sistemi di controllo, rilevano il movimento delle gambe e sincronizzano l’assistenza meccanica con la pinneggiata. Il sub continua a decidere direzione e ritmo, mentre il dispositivo riduce parte dello sforzo necessario.
La difficoltà è rendere l’aiuto naturale. Se un motore interviene in ritardo o spinge nella direzione sbagliata, può ostacolare il movimento invece di facilitarlo. Per questo i ricercatori lavorano su sistemi capaci di riconoscere le variazioni nella frequenza delle pinneggiate e adattare rapidamente la risposta.
PEAKED: la tuta robotica flessibile che riduce lo sforzo
Il sistema più avanzato si chiama PEAKED, acronimo di Performance-Enhancing Assistive Kicking Exosuit for Diving. Si tratta di una struttura morbida indossata nella zona dei fianchi e delle gambe, progettata per accompagnare sia la flessione sia l’estensione degli arti.
A differenza di un esoscheletro metallico tradizionale, PEAKED lascia maggiore libertà di movimento. Questa caratteristica è importante perché un sub non utilizza sempre la stessa tecnica: può alternare la classica pinneggiata verticale, il movimento a rana e persino camminare sul fondale in condizioni particolari.
Nei test riportati dai ricercatori, l’assistenza ha prodotto una riduzione del volume respiratorio per minuto del 29,77% durante la pinneggiata alternata, del 25,70% con la pinneggiata a rana e del 18,35% durante la camminata sott’acqua. Sono risultati incoraggianti, ma vanno interpretati correttamente.
Il volume respiratorio per minuto non equivale sempre al consumo totale di aria di un’intera immersione. Profondità, pressione, corrente, temperatura, attrezzatura e condizioni individuali influenzano la quantità di gas effettivamente utilizzata. Le percentuali misurate negli esperimenti non devono quindi essere presentate come un’autonomia garantita della bombola.
Con l’esoscheletro i sub possono anche nuotare più velocemente
La tecnologia non punta soltanto a ridurre la fatica. In una prova di velocità su 50 metri sott’acqua, PEAKED ha migliorato la prestazione dell’8,1%, secondo quanto riferito dall’Accademia cinese delle scienze.
Per un sub ricreativo la velocità massima non è normalmente una priorità. Tuttavia una maggiore efficienza potrebbe risultare utile quando bisogna contrastare una corrente, trasportare attrezzature o percorrere un tratto relativamente lungo senza affaticarsi eccessivamente.
Le applicazioni più interessanti potrebbero riguardare ricerca marina, ispezioni, manutenzione di infrastrutture sommerse e operazioni professionali. In questi contesti, limitare lo sforzo fisico può avere benefici pratici, purché l’attrezzatura non introduca nuovi rischi.
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KAED: l’alternativa rigida per assistere la pinneggiata
Accanto alla tuta morbida, i ricercatori stanno studiando KAED, un esoscheletro con struttura più rigida. Questa soluzione permette di trasmettere in modo diretto la forza meccanica, ma tende a essere meno flessibile nei movimenti complessi.
Un sistema rigido può funzionare bene quando il gesto è regolare e ripetitivo, come la pinneggiata alternata. In compenso può risultare meno comodo quando il sub deve cambiare posizione, eseguire movimenti laterali o muoversi in spazi stretti.
La ricerca confronta quindi due filosofie di progettazione: la flessibilità degli esoscheletri morbidi e la trasmissione più diretta della forza nei sistemi rigidi. Non esiste ancora una soluzione ideale per ogni attività subacquea.
Perché non possiamo ancora comprare questi esoscheletri
Nonostante i risultati promettenti, PEAKED e KAED non sono accessori pronti per essere acquistati in un normale negozio di attrezzatura subacquea. Prima dell’utilizzo commerciale servono test approfonditi in mare aperto, dove correnti, pressione, visibilità e condizioni ambientali cambiano continuamente.
Ci sono inoltre problemi tecnici da risolvere. Motori, batterie, sensori e collegamenti devono resistere all’acqua e funzionare in sicurezza sotto pressione. Il dispositivo deve integrarsi con bombola, giubbotto equilibratore, zavorra e pinne senza ostacolare i movimenti.
Un requisito fondamentale è la possibilità di liberarsi rapidamente dell’esoscheletro in caso di guasto o emergenza. Cavi e componenti sporgenti non devono aumentare il rischio di impigliarsi in reti, relitti o altre strutture.
Anche peso, ingombro, manutenzione e prezzo potrebbero limitarne la diffusione. In una prima fase, se la tecnologia supererà i controlli necessari, potrebbe trovare spazio soprattutto presso centri specializzati e operatori professionali.
Più autonomia sott’acqua, ma la sicurezza viene prima
L’idea di un esoscheletro che faccia consumare meno aria è affascinante, soprattutto per chi vorrebbe esplorare più a lungo senza aumentare il carico fisico. Ma un miglioramento misurato in laboratorio non autorizza a prolungare un’immersione oltre i limiti pianificati. La gestione della riserva di gas, le procedure di emergenza e il rispetto dei limiti di profondità restano essenziali.
I ricercatori stanno cercando di trasformare una tecnologia già sperimentata sulla terraferma in uno strumento adatto all’ambiente marino. La sfida è molto più complessa di quanto sembri: un esoscheletro subacqueo deve assistere il corpo senza compromettere la libertà di movimento e la sicurezza del sub.
Se i prossimi test confermeranno i benefici, dispositivi come PEAKED e KAED potrebbero cambiare il lavoro di chi opera sott’acqua. Per ora rappresentano soprattutto una dimostrazione concreta di come la robotica indossabile possa aiutare le persone anche in un ambiente difficile come il mare.
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