L'era delle piante-robot

Un dettaglio di "rami" e "foglie" della pianta-robot. Per gentile concessione IIT, Centro di Micro-biorobotica
Un plantoide: in alto il "cervello", in basso le "radici" che crescono comandate da una stampante 3D. Fotografia IIT, Centro di Micro-biorobotica

Una nuova generazione di robot si sta per affacciare nel nostro mondo. Macchine che non somigliano all’uomo né ad alcun animale. La loro missione è quella di replicare il movimento delle piante. Ci diranno se un terreno è inquinato, ci consentiranno di utilizzare concimi e fertilizzanti solo quando serviranno e nelle giuste dosi. Ma non solo: nel futuro questi nuovi robot potranno salvare persone rimaste sotto le macerie dopo un disastro naturale, fare un’endoscopia al colon o al cervello in modo rapido e indolore, persino studiare il suolo di altri pianeti.

Sono molte, e per gran parte ancora inesplorate, le potenzialità dei plantoidi. Robot che si comportano come le piante e che, come queste, sono immobili solo in apparenza. I ricercatori del Centro di Micro-biorobotica dell’Istituto italiano di Tecnologia (IIT), che ha sede a Pontedera, hanno creato i primi prototipi funzionanti. Un risultato che tre anni fa “non era neanche immaginabile” spiega Barbara Mazzolai, coordinatrice del centro. La scienziata toscana è stata inserita nella lista delle 25 donne geniali del 2015 da Robohub, una comunità scientifica di esperti di robotica.

I ricercatori dell’IIT hanno avuto diverse difficoltà a convincere la Commissione Europea a finanziare il loro progetto: i primi due tentativi erano andati a vuoto. "All’inizio c’era un po’ di diffidenza", ricorda Mazzolai: "non era facile ottenere finanziamenti per robot apparentemente immobili, non se ne vedeva l’utilità". Poi la svolta, con un finanziamento, tra il 2012 e il 2015, da due milioni di euro per il progetto Plantoid. Una cifra non enorme, comunque sufficiente per ottenere il primo robot al mondo che cresce e si comporta come una pianta.

Un plantoide: in alto il "cervello", in basso le "radici" che crescono comandate da una
stampante 3D.  Fotografia IIT, Centro di Micro-biorobotica

Radici robotiche

I primi plantoidi sviluppati dal centro dell’IIT crescono nel suolo e le "radici" sono l’unica parte che si muove - nella terra - per cercare nutrienti e acqua o per evitare sostanze tossiche. O per fare tutte queste cose insieme, proprio come fanno le piante: "Sappiamo che i vegetali sono in grado di percepire molti parametri, tra i quali azoto, fosforo, luce, salinità, metalli pesanti, persino la gravità e le vibrazioni", spiega Mazzolai, "e ci siamo chiesti come trasferire queste capacità alla macchina".

Le piante, inoltre, hanno un'altra straordinaria capacità: non crescono dall’alto, ma dal basso. È il "trucco" che usano per penetrare nel terreno risparmiando energia: nel suolo possono esserci pressioni e resistenze molto forti. Meglio, allora, spingere da sotto, millimetro dopo millimetro, piuttosto che spingere a tutta forza dall’alto. “Conoscevamo già questo comportamento delle piante, ma solo lavorando ai plantoidi siamo riusciti a dimostrare perché lo adottano”, spiega la ricercatrice. Nella ricerca sui plantoidi, infatti, biologia e ingegneria vanno a braccetto.


Come funzionano, in concreto, queste radici robotiche? Il plantoide ha nell’estremità il proprio “cervello”: qui si trovano i sensori (chimici, tattili, di umidità e temperatura) e una stampante 3D miniaturizzata. “È come un motore che tira un filo, man mano che il robot cresce e si sviluppa in profondità la matassa si dipana” spiega Mazzolai. Il filo di PLA (acido polilattico) dunque si allunga e consente alla radice artificiale di crescere. Ecco perché il team dell’IIT definisce il plantoide un “self-creating robot”: è la macchina a decidere, in base alle informazioni fornite dai sensori, quanto e in quale direzione svilupparsi, e ad azionare la stampante 3D quando ha bisogno di nuovo “tessuto”, srotolando la matassa.


Un video illustrativo del funzionamento di un plantoide. Per gentile concessione IIT, Centro di Micro-biorobotica

Un robot milleusi

I plantoidi prodotti all’IIT di Pontedera possono, in teoria, già svolgere una funzione pratica: le analisi ambientali e chimiche del suolo. "È un tipo di analisi molto costosa, per questo oggi viene fatta a campione”, continua la coordinatrice del centro di micro-biorobotica. Le piante-robot sono in grado di fornire dati precisi e in tempo reale, a seconda delle sostanze che viene chiesto loro di cercare. Possono essere usate per andare a caccia di radon, metalli pesanti in un terreno inquinato, oppure per analizzare la composizione chimica del suolo e fornire alle aziende agricole un report completo su quali concimi servono e in quali dosi, evitando di stipare nel terreno dosi eccessive di fertilizzante.

“In un futuro non troppo lontano vedo droni e plantoidi comunicare tra loro, scambiandosi dati su aria e suolo”, immagina Mazzolai. Se già oggi i droni sono una realtà nell'agricoltura di precisione, i robot si inseriscono in un settore in cui la ricerca di nuove soluzioni tecnologiche è frenetica, visto che nel 2050 il mondo avrà nove miliardi di abitanti e l'agricoltura dovrà sfamarli tutti.

Tutto però era partito dallo spazio. Prima ancora del progetto Plantoid il team di ricerca aveva collaborato con l’Agenzia spaziale europea (ESA) per un progetto esplorativo. L’idea era quella di sviluppare un robot in grado di atterrare su un pianeta o un asteroide, ancorarsi al terreno e crescere, per poterne analizzare il suolo. Il progetto si è concluso con la pubblicazione di uno studio ma non ha avuto seguito pratico. Almeno finora.

Un nuovo progetto presentato alla Commissione Europea punta invece a produrre plantoidi che imitino i rampicanti. Questi vegetali crescono soprattutto verso l’alto e hanno un’innata capacità di trovare sempre una via, superando ogni ostacolo alla continua ricerca di luce. Un robot di questo tipo, se dotato di un sensore a infrarossi, potrebbe salvare persone sepolte da strutture ridotte in macerie.

In un futuro (non ancora vicino) i plantoidi potrebbero entrare anche negli ambulatori degli ospedali. "In linea di principio le ‘radici’ di questi robot sono un endoscopio perfetto", continua Barbara Mazzolai, "perché non sono rigide, non danneggiano e non deformano i tessuti: questo vorrebbe dire che il paziente non proverebbe dolore durante l’esame". In questo caso il "campo di esplorazione" non sarebbe il suolo ma il colon o un cervello. Il plantoide-medico è affascinante, ma ancora un’ipotesi. La stessa ricercatrice puntualizza che servirebbero ancora molti studi per poter realizzare questa applicazione, a partire dal materiale del robot, che dovrebbe essere compatibile con il corpo umano. L’idea di usare il plantoide come endoscopio è venuta a un medico del Meyer di Firenze dopo una chiacchierata con un ricercatore del centro. "Probabilmente non ci avremmo mai pensato, forse perché quello medico è un ambito distante dal nostro", ammette Mazzolai. Questo episodio tuttavia ha dimostrato la versatilità dei plantoidi, che si prestano a utilizzi oggi neanche immaginabili. Chi lavora a questa tecnologia non ne parla solo come di un robot ma anche come "un nuovo paradigma di movimento": una macchina che, imitando la straordinaria capacità delle piante di vivere e riprodursi in ogni situazione, potrebbe aprire nuovi scenari anche nel campo dell’efficienza e del risparmio energetico.

Gli scienziati dell’IIT stanno estendendo la loro ricerca anche ad altre parti e prodotti delle piante, come le foglie, i semi e le pigne. "Molti movimenti delle piante avvengono senza una ‘batteria’ che li alimenti: alcune strutture sono prive di metabolismo ma continuano a muoversi interagendo con l’ambiente", aggiunge ancora Mazzolai. "pensiamo ad esempio alle pigne, che si aprono e si chiudono a seconda dell’umidità per spargere i semi che contengono. Dal punto di vista del risparmio energetico le piante sono tra gli organismi più efficienti. Ecco perché dobbiamo continuare a studiarle e a riflettere sul loro comportamento, per imparare e, se possibile, imitarle".

http://www.nationalgeographic.it/scienza/2017/05/18/news/piante_robot_plantoidi_iit_pontedera-3533075/

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Mondo Tempo Reale è il blog che dal 2010 vi racconta le notizie più incredibili, strane, curiose e divertenti: fatti imbarazzanti, ladri imbranati, prodotti assurdi, ricerche scientifiche decisamente insolite.
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