Gli spettacoli con i droni SPAXELS si ispirano all’intelligenza dello sciame per generare coreografie suggestive
Una flotta di cento piccoli droni si solleva e mormora come uno stormo di storni elettronici su una folla notturna di centomila persone riunite sulle rive del Danubio. Il palcoscenico è Linz, in Austria, che ospita l’annuale Festival di Ars Electronica, la più grande manifestazione al mondo che celebra il connubio tra arte, scienza e tecnologia.
Ogni quadricottero viene dotato di una luce a LED colorata. Per dieci minuti, lo sciame esegue una complessa danza aerea, dando vita a immagini 3D wireframe di forme astratte, figure animate, e perfino parole a colori costantemente cangianti. Poi i quadricotteri guadagnano l’uscita, tornando a sistemarsi sulla rampa di lancio all’unisono, quieti.
Questa esibizione di droni ricorda un fenomeno naturale noto come intelligenza dello sciame, il modo in cui insetti come le api, le lucciole e le formiche modellano il proprio comportamento collettivo, sul quale si sta concentrando la ricerca nell’ambito dell’intelligenza artificiale (AI). Nel progetto di Ars Electronica, ogni drone rappresenta un punto di luce, un pixel. Ma qui si tratta di SPAXELS: pixel nello spazio tridimensionale.
Nel 2012, l’unità Ricerca e Sviluppo di Ars Electronica, Futurelab, fu invitata a partecipare con una rappresentazione inedita al Klangwolke, la Nuvola del suono, uno dei principali eventi all’aperto d’Europa, che si svolge ogni anno a Linz e che in precedenza si era distinto per gli spettacoli con i fuochi d’artificio e i laser. Secondo Horst Hörtner, direttore senior di Futurelab, la prima esibizione in assoluto degli SPAXELS risale a quell’invito.
49 quadricotteri in assetto di volo outdoor / Futurelab di Ars Electronica / Linz, AustriaQuello sciame di droni fece colpo sulla folla, malgrado l’idea originaria di Futurelab fosse ben diversa: la scaletta iniziale per la partecipazione a Klangwolke prevedeva l’impiego di lucciole reali. “La nostra prima idea era di guidare il volo delle lucciole in cielo con l’ausilio dei feromoni”, racconta Hörtner. “Effettivamente, ce l’abbiamo fatta, siamo riusciti a controllare gli insetti grazie ai feromoni. Ma poi ci siamo resi conto che le lucciole europee si accendono soltanto a giugno: l’evento si sarebbe svolto a settembre, quindi non avrebbe funzionato”.
Così Hörtner e il suo team hanno ripiegato sui piccioni. “Abbiamo provato a equipaggiare i piccioni con i LED e poi a insegnare loro a volare in formazione”, dice Hörtner. “Ma sono matti quegli animali. Non vogliono imparare. Se gli si attacca qualcosa alle zampe, volano via. Così abbiamo abbandonato l’idea dei piccioni. Abbiamo pensato ai droni: ci siamo detti che avrebbero fatto tutto quello che volevamo noi”.
Hörtner e il suo team hanno cominciato a lavorare utilizzando i droni in commercio, ma ben presto si sono resi conto che avrebbero dovuto personalizzarli e dotarli di LED. Si sono affidati ad Autodesk Fusion 360 e a EAGLE per la progettazione hardware e la prototipazione e per lo sviluppo di Ground-Control, il software necessario per guidare il volo in cielo di uno sciame in tutta sicurezza.
I droni SPAXEL mantengono un contatto costante con Ground-Control, in esecuzione su un computer dell’aerodromo, mentre eseguono coreografie progettate con il software di animazione e rendering Autodesk 3ds Max. Sono necessari solo pochi “controllori di volo” per dirigere l’intero sciame: nessuno pilota i droni, questo compito è gestito dal software Ground-Control.
Uno spettacolo normalmente dura dai quattro ai dieci minuti. “Per motivi di sicurezza, vogliamo che le batterie dei droni siano cariche almeno per metà quando atterrano”, spiega Hörtner. “Esistono delle limitazioni pratiche, specialmente negli spettacoli all’aperto, in cui i droni devono riuscire a sopportare le raffiche di vento per mantenere la posizione, consumando così rapidamente energia. In pratica, la durata massima delle prestazioni è di dieci minuti”.
La prima esibizione di SPAXELS commissionata a Futurelab risale al 2013 per la prima assoluta di Star Trek: Into Darkness nei Paramount Studios di Londra, adiacenti al Tower Bridge. A oggi, lo show più imponente di SPAXELS si è svolto nel 2015, quando sono stati utilizzati cento droni per Intel, il gigante dei chip. Da allora, sia Intel che un’azienda cinese hanno fatto volare oltre mille droni simultaneamente. “Adesso sono molte le aziende che usano i concetti che abbiamo pubblicato per organizzare spettacoli con droni in volo”, aggiunge Hörtner. “L’idea stessa degli SPAXELS che si librano in cielo è liberamente a disposizione di chiunque”.
Il team di Hörtner ha messo a punto una libreria di spettacoli con SPAXELS programmati, in cui un segmento specifico di animazione può essere prelevato da uno show e integrato in un altro, come quando si ricombinano i passi di danza di un balletto per creare coreografie originali. Finora, tuttavia, la maggior parte dei clienti ha preferito allestire spettacoli da zero.
E mentre continuano gli ingaggi, la spinta degli SPAXELS non è più rivolta solo a eseguire balletti di droni in volo. “Stiamo cercando di fornire soluzioni alle organizzazioni che vogliono allestire propri spettacoli con i droni”, spiega Hörtner. In tal senso, a marzo, l’unità di ricerca SPAXELS rilascerà il nuovo pianificatore di volo Swarm3D.
Swarm3D consentirà ai progettisti di creare percorsi anticollisione per più droni. “Qualunque sia lo scopo, segnaletica o intrattenimento o altro, il software gestisce la navigazione sicura dei droni”, afferma Hörtner. “Sarà possibile progettare le proprie formazioni preferite e, una volta inserite le informazioni necessarie, lo strumento sarà in grado di ottimizzare i percorsi di tutti i droni”. L’idea è che, con Swarm3D, chiunque può progettare e gestire uno spettacolo di droni, in quanto i percorsi e i comportamenti sono matematicamente sicuri. Basta inserire la velocità massima per ciascun tipo di drone ed errore medio del sistema di tracking e Swarm3D produce automaticamente delle traiettorie di volo valide.
Oltre ad essere una straordinaria tecnologia per l’intrattenimento (per non parlare di un’alternativa sostenibile ai fuochi pirotecnici), l’intelligenza dello sciame che sta alla base di SPAXELS potrebbe presentare una serie di vantaggi di una portata più vasta che va oltre gli spettacoli di luci; ad esempio, il monitoraggio dei cantieri, l’agricoltura, l’ispezione dei servizi pubblici, la logistica e molto altro ancora.
Lavorando con gli sciami, Hörtner e il suo gruppo si sono resi conto che la comunicazione all’interno di un nugolo di droni e di robot è molto diversa dalla comunicazione tra esseri umani e robot. In una recente collaborazione con Mercedes-Benz, Futurelab ha analizzato l’interazione tra “un agente autonomo con una propria agenda” (si pensi ad un’auto col pilota automatico) e un pedone che si avvicina. Spesso è abbastanza difficile evitare di imbattersi in altri esseri umani sul marciapiede, dice Hörtner. E allora, come fa un essere umano che incontra un veicolo senza conducente ad evitare la collisione? La collaborazione ha fornito approfondimenti significativi sulla psicologia dell’interazione uomo-veicolo.
In Futurelab, l’interazione umana avviene tra 47 soggetti provenienti da discipline tutte diverse tra loro: artisti, architetti, sociologi, fisici, psicologi, modellatori 3D, designer industriali, ingegneri meccatronici e ingegneri informatici. Quello a cui lavoreranno in seguito si può solo ipotizzare, ma di sicuro non dovranno allenare piccioni.