Acer i-Seed: un seme artificiale ed ecosostenibile per il monitoraggio ambientale

Un nuovo prototipo di seme artificiale per rilevare i parametri ambientali senza impattare a livello ecologico: è la nuova invenzione sviluppata dall'IIT-Istituto Italiano di Tecnologia di Genova. Il robot soft, chiamato Acer i-Seed, si ispira ai semi naturali di Acer campestre e monitora la temperatura del terreno tramite segnale fluorescente. È costituito da un materiale biocompatibile e compostabile, ed è stato realizzato con tecnologie di stampa 3D. La distribuzione dei semi in aree molto vaste può essere realizzata con un drone, permettendo così di studiare lo stato di salute del terreno a distanza. 

Il nuovo Acer i-Seed è stato descritto sulla prestigiosa rivista scientifica Science Advances dal gruppo di ricerca guidato da Barbara Mazzolai all’IIT di Genova in collaborazione con il Leibniz Institut for New Materials (INM). Lo studio è stato sostenuto da fondi dell'Unione Europea nell’ambito del progetto I-Seed, coordinato dall'IIT.

Il seme artificiale replica il comportamento aerodinamico del seme di Acer campestre, una specie di acero originaria dell'Europa. Una volta maturi, questi semi si staccano dalla pianta e vengono trasportati e dispersi dal vento su grandi distanze. I semi, infatti, sfruttano un particolare design aerodinamico mono-alare che consente loro di ruotare durante la caduta, con un movimento simile a quello di una pala di elicottero. Questa autorotazione abbassa la velocità di discesa del seme, permettendogli rimanere in aria per più tempo e aumentando così le possibilità di dispersione ad opera del vento. La stessa specie di seme è quella che si pensa abbia ispirato il genio di Leonardo Da Vinci nella progettazione della sua "vite aerea".

I ricercatori dell'IIT lavorano da diversi anni nel campo della robotica soft bio-ispirata e, dopo aver imitato le strategie di crescita e di movimento delle radici, delle piante rampicanti e dei semi della famiglia delle Geraniacee, il gruppo si è ora concentrato sullo studio delle caratteristiche di volo e di dispersione delle strutture dei semi alati dell’acero.

"Questo studio dimostra che imitare le strategie degli esseri viventi o le strutture biologiche e replicarle nelle tecnologie robotiche può essere un passaggio cruciale per ottenere innovazione a basso impatto ambientale, in termini di energia utilizzata e di inquinamento generato", ha commentato Barbara Mazzolai, Direttore Associato per la Robotica in IIT e Direttore del Laboratorio di Robotica Soft Bio-ispirata (Bioinspired Soft Robotics-BSR) di IIT a Genova.
Dopo aver analizzato la morfologia, l'istologia e l'aerodinamica dei semi naturali, il gruppo di ricerca ha progettato e realizzato il seme biomimetico artificiale. Il materiale utilizzato è un materiale biocompatibile e compostabile a base di acido polilattico (PLA) contenente particelle fluorescenti non tossiche, sensibili alla temperatura. La fabbricazione dei semi artificiali è avvenuta tramite tecnologie di stampa 3D.

Le proprietà aeree dei semi Acer i-Seed, li rendono particolarmente adatti alla dispersione via droni, i quali, dotati di tecnologia fLiDAR (fluorescence Light Detection and Ranging), potranno registrare la variazione di luminescenza dei sensori, consentendo così un monitoraggio in remoto e su larga scala della temperatura del suolo, e di altri parametri ambientali. I ricercatori hanno già realizzato prove sul campo di dispersione con un piccolo drone, dimostrando la fattibilità di questo approccio.
“L’avere trasferito i sensori direttamente dentro il materiale ha permesso di eliminare fonti di energia o componenti elettroniche, rendendo il seme artificiale eco-friendly e robusto”, sottolinea Tobias Kraus, che guida lo sviluppo dei materiali sensorizzati presso il Leibniz-Institute for New Materials in Germania.

Sebbene questo primo studio si concentri principalmente sul rilevamento della temperatura del suolo, i ricercatori stanno già lavorando alla possibilità di incorporare particelle fluorescenti sensibili ad altri parametri ambientali significativi, come l'umidità, il livello di CO2 o specifici inquinanti.
Il prossimo passo saranno ulteriori test su campo, in collaborazione con aziende interessate all’utilizzo di questi nuovi robot soft, gli Acer i-Seeds, in aree più vaste come i terreni agricoli, per un'analisi ambientale distribuita, simultanea, wireless ed ecosostenibile.