Categoria | Scienza e Tecnologia

Le radici delle piante ispirano sensori 3D per esplorare il suolo

Pubblicato il 25 ottobre 2018 da redazione

PLANTOID

Mentre Mars InSight della NASA è impegnato a scavare nel suolo marziano, i robot sulla Terra stanno sviluppando dispositivi per il monitoraggio e l’esplorazione del suolo.

Il suolo è molto più che la sporcizia sotto i nostri piedi. Essenziale per l’agricoltura, una fonte di farmaci non ancora scoperti e un sistema di filtraggio per gli ecosistemi; è sorprendente che i veicoli di ricerca automobilistica, che navigano attraverso l’aria o l’acqua, non siano ancora penetrati nel terreno.

Il monitoraggio e lo studio del suolo sono di fondamentale importanza per la protezione dell’ambiente. Droni e sommergibili sono altamente riconoscibili come strumenti importanti per la ricerca e l’esplorazione, ma non esistono tali robot per il lavoro a terra, anche se il bisogno è grande. Ad esempio, il monitoraggio del suolo per l’inquinamento e la contaminazione o l’esplorazione di fonti di acqua o di nutrienti per le colture sono sfide enormi con un’ampia ricompensa ambientale ed economica.

“Il problema principale è che è necessario esplorare in diverse condizioni quali umidità, qualità e vincoli meccanici dei terreni”, afferma il Dr. Josef Samitier, direttore dell’Istituto di Bioingegneria della Catalogna.  È membro di un team europeo di ingegneri e botanici che hanno analizzato queste variabili per progettare robot sotterranei ispirati alle piante.

Volevano imitare i movimenti delle radici attraverso il suolo e il sistema distribuito di “intelligenza” sensoriale e comunicazione utilizzato dalle piante per coordinare questo movimento.

“È necessario allungare il braccio del robot e inoltre è necessario introdurre e analizzare i diversi segnali in tempo reale”, spiega Samatier.

 

Il prototipo PLANTOID.

Per raggiungere questo obiettivo, i ricercatori hanno creato un braccio robotico che racchiude sensori, motori, ingranaggi e un piccolo modulo di stampa 3D. Questo modulo di stampa 3D riscalda i polimeri PLA rendendoli viscosi e consentendo al motore di spostarli.

È importante sottolineare che la punta è l’unica parte del robot che si muove nel terreno, riducendo l’attrito e imitando l’azione crescente delle piante. Con questo design, le radici robotiche possono percepire e muoversi attivamente nell’ambiente sotterraneo. Il progetto, denominato Plantoid, è supportato dal programma EU Future and Emerging Technologies (FET OPEN).  “La tecnologia è incredibilmente interessante”, afferma Jen Jen Chung, ricercatrice presso l’Autonomous Systems Lab dell’ETH di Zurigo, in Svizzera. “L’idea di questa biomimetica che emerge da come le piante crescono verso l’esterno alla ricerca di varie risorse, risolve uno dei problemi che abbiamo nella robotica, specialmente quando si pensa al monitoraggio ambientale, che è dove posizioniamo i robot per ottenere informazioni”. La macchina Plantoid può, invece, raccogliere informazioni e prendere decisioni su dove andare in situ.

Coordinare le radici hi-tech, distribuite attraverso una rete, è un’altra questione affrontata dai ricercatori dell’UE.

Le reti cellulari organiche condividono le informazioni in tempo reale, ma per i robot questo diventa difficile perché le regole di chi decide si complicano. “Le piante hanno anche intelligenza”, dice il dott. Heiko Hamann, il principale investigatore di Flora Robotica, un altro progetto europeo di robotica che si ispira al mondo botanico, ponendo domande sul perché gli alberi generino rami più bassi lontano dall’ombra dei rami superiori.  “Per computer e robot, è sempre necessario rendere queste regole molto esplicite”, dice Hamann. “E se hai più robot in grado di parlare tra di loro, devi prenderli in considerazione, tutti hanno davvero bisogno di tutte le informazioni?”  L’imitazione del design delle piante sembra aver dato i suoi frutti. Samitier e colleghi ora hanno prototipi funzionanti di radici robotizzate pronti per essere testati in una varietà di scenari specifici.

Esistono anche altre applicazioni che stannoprendendo forma, oltre a quelle sul suolo . “Problemi simili si affrontano in medicina, quando si introducono endoscopi all’interno del corpo umano per particolari tipi di esplorazioni o anche di piccoli interventi che si rendono necessarie in quel momento”, dice Samitier. “Il problema più generale è di come spostarsi nello spazio 3D, con quali limitazioni, e come ottenere ed elaborare le informazioni molto rapidamente.

 

 

 

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