Arrivano i robot ispirati ai semi delle piante

Robot ispirati ai semi delle pianti, biodegradabili e capaci di realizzare il monitoraggio del suolo e dell'aria. E' il nuovo progetto di ricerca I-Seed - finanziato con un contributo complessivo dell'Ue di 4 milioni di euro - che combinerà robotica bioispirata, materiali soffici e innovativi, e intelligenza artificiale. I nuovi automi saranno autorobot in grado di agire come sensori per il monitoraggio dei parametri di salute del suolo, quali la presenza di inquinanti, e dell’aria, come i livelli di CO2, temperatura e umidità. Questi 'semi intelligenti', battezzati robot I-Seed, saranno biodegradabili, rispettando così l'ambiente. Il progetto sarà coordinato da Barbara Mazzolai, dell’Iit-Istituto Italiano di Tecnologia, e coinvolgerà 5 partner europei provenienti da Italia, Germania, Paesi Bassi e Cipro. Sul fronte italiano, oltre all’Iit, sono coinvolti anche l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant'Anna e l’Istituto sull'inquinamento atmosferico (Iia) del Cnr. I-Seed è stato finanziato con un contributo complessivo di 4 milioni di euro dall'Unione Europea nell'ambito del bando Fet Proactive Environmental Intelligence 2020, volto a incentivare progetti di ricerca che delineino una strategia europea in merito a un sistema di intelligenza ambientale. Oltre ai partner italiani, il consorzio, coordinato dall'Istituto Italiano di Tecnologia, comprende il Leibniz Institute for New Materials (Germania), l’Università di Wageningen (Paesi Bassi) e Olyseus Innovations Ltd. (Cipro).

Così come fece Leonardo da Vinci con la sua "vite aerea", i ricercatori di I-Seed si ispireranno al comportamento dei semi delle piante. "Le piante -spiegano- utilizzano infatti diverse strategie di dispersione dei semi, come quella aerea, tramite il vento, o mediante strutture che rendono i semi capaci di scavare per penetrare nel suolo, come i semi di Samara e quelli di Erodium cicutarium, rispettivamente". Queste capacità sono utilizzate dalle piante per sopravvivere e replicarsi, "ed è un aspetto fondamentale per l'ecologia vegetale e per garantire il benessere delle generazioni future" osservano gli scienziati. Il progetto I-Seed, quindi, si concentrerà sullo studio della morfologia dei semi delle piante, delle loro abilità di dispersione e anche sullo studio di materiali biodegradabili multifunzionali. E l'obiettivo principale è quello di ottenere due tipi di robot soft, miniaturizzati, auto-distribuibili e biodegradabili con caratteristiche differenti: I-Seed Ero e I-Seed Sam.

I-Seed Ero sarà un robot soffice in grado di penetrare nel terreno attraverso un movimento reso possibile dalla sua particolare forma a 'cavatappi', mentre il robot I-Seed Sam volerà e opererà in aria e sulla superficie del terreno. La procedura di dispersione dei semi avverrà attraverso un drone che li spargerà sui terreni di campi coltivati o praterie e - attraverso l'uso di un software specifico - i ricercatori saranno in grado di tracciare la loro posizione precisa e monitorare le condizioni del terreno. Per facilitare la procedura di tracciamento, i semi intelligenti saranno fluorescenti e i droni utilizzeranno un sistema Lidar per rilevarli a distanza. Tutto ciò, sottolineano i ricercatori, permetterà di usare gli I-Seed robots anche in aree geografiche dove al momento non è presente alcuna forma di monitoraggio ambientale.

"Comprendere, monitorare, ripristinare e preservare l'equilibrio degli ecosistemi naturali è necessario per salvaguardare la biodiversità delle specie" commenta Barbara Mazzolai, coordinatrice del progetto I-Seed e vicedirettore per la Robotica dell'Iit. "Con un team fortemente multidisciplinare, il nostro progetto mira a sviluppare nuove tecnologie che siano rispettose dell'ambiente e dall’ambiente sono ispirate, come appunto la morfologia e le capacità di dispersione dei semi delle piante. Tali nuovi robot saranno utili per proteggere e migliorare la qualità dell'aria e del suolo e gestire efficacemente le risorse naturali" aggiunge la scienziata italiana.

Entrambi i robot I-Seed verranno utilizzati per rilevare parametri ambientali attraverso l'applicazione di materiali multifunzionali che fungono da sensori e attuatori allo stesso tempo. Questi innovativi semi robotici si degraderanno grazie ai polimeri utilizzati per la loro produzione, combinando anche materiali soffici e rigidi per le parti in movimento (Pla, Plc, Hydrogel). I ricercatori, quindi, implementeranno le reti di sensori attraverso una struttura innovativa, a basso costo ed ecologicamente responsabile, poiché costituita da materiali biodegradabili. In Italia i ricercatori dell’Iit si occuperanno della progettazione e realizzazione dei due robot I-Seed Ero e I-Seed Sam, partendo dallo studio della biomeccanica dei semi naturali e investigando nuove soluzioni ingegneristiche, di progettazione e di materiali bioispirati. Il gruppo, coordinato da Barbara Mazzolai, ha una forte expertise nello sviluppo di prototipi robotici bioispirati. Mazzolai, infatti, è stata coordinatrice nel 2012 del progetto europeo che ha dato vita al primo robot pianta al mondo, il Plantoide, capace di riprodurre il comportamento delle radici; e a partire dal 2019 coordina il progetto, GrowBot, per lo sviluppo di robot ispirati alle piante rampicanti. Il team dell'Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant'Anna, formato da Antonio De Simone e da Alessandro Lucantonio, contribuirà invece allo sviluppo di modelli matematici che serviranno per definire la mobilità dei due robot progettati all’interno di I-Seed. I modelli saranno utilizzati per interpretare il comportamento dei semi vegetali e per ottimizzare le prestazioni di quelli ingegnerizzati. Inoltre, il gruppo di lavoro del Cnr-Iia, coordinato da Nicola Pirrone, studierà la rete di sensori per l’analisi ambientale capaci di funzionare in scenari reali, e identificherà i siti dove i robot seme verranno testati. Inoltre contribuirà alla definizione di protocolli di standardizzazione per il loro funzionamento nonché alla realizzazione dell’infrastruttura cloud per la condivisione dei dati e l’interoperabilità dei sistemi di fog/edge computing attraverso l’utilizzo di modelli di intelligenza artificiale. (di Andreana d'Aquino)