La robotica bioispirata: macchine che crescono come vegetali

Nel centro di microbiorobotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia diretto da Barbara Mazzolei, tra le 25 donne più influenti al mondo nella robotica secondo l’autorevole “Robohub”, si lavora da anni su progetti di robotica bio-ispirata. In quei laboratori è stato realizzato tra il 2015 e il 2017 Plantoide, la prima macchina al mondo in grado di crescere e comportarsi come un vegetale.

Il robot può esplorare il terreno attraverso delle radici in grado di crescere in funzione degli stimoli che ricevono. Le punte di queste radici robotiche sono dotate di sensori, per rilevare parametri ambientali, presenza di inquinanti, composizione del suolo. Il suo utilizzo può avere innumerevoli declinazioni, tra cui la bonifica di terreni agricoli, la ricerca di petrolio o addirittura l’esplorazione di Marte. Non a caso il primo prototipo è stato realizzato con il sostegno dell’Agenzia Spaziale Europea.

Un progetto che parte dalle “radici” e che negli anni si è evoluto andando a focalizzarsi sulla parte aerea, di pochi giorni è la notizia del primo “robot viticcio” pubblicata su Nature Communications. In questo caso il team della Dott.ssa Mazzolei ha realizzato una macchina in grado di muoversi e adattarsi all’ambiente sfruttando lo stesso principio fisico che fa muovere l’acqua nei tessuti delle piante rampicanti.

Il corpo del primo robot “soffice” è stato realizzato con un tubo flessibile di PET (un comune polimero spesso usato anche per contenere alimenti), all’interno del quale è presente un liquido ionizzato. Sfruttando una batteria da 1.3 Volt, gli ioni vengono attirati e immobilizzati sulla superficie di elettrodi flessibili alla base del viticcio, dando vita a un processo osmotico e causando, così, il movimento del liquido stesso, da cui lo srotolamento del viticcio artificiale.

Le applicazioni del robot viticcio riguardano in particolare casi di infrastrutture o ambienti complessi come disastri ambientali o per applicazioni archeologiche dove la sua capacità di adattamento può giocare un ruolo determinante. In ottica futura è possibile immaginare anche applicazioni in ambito medico, tramite la miniaturizzazione di queste macchine.
Ma non è la sola innovazione storica uscita dai laboratori del centro di biorobotica. Nel corso del 2018 i ricercatori italiani hanno realizzato un albero “ibrido” fatto di foglie artificiali e foglie naturali che può agire come generatore di elettricità a partire dal vento. Un lavoro pubblicato su Advaced Functional Materials.

Che le piante siano in grado di condurre elettricità e produrre segnali elettrici, soprattutto alle loro estremità, è un fenomeno noto da tempo.  Quello che hanno scoperto i ricercatori italiani è che le foglie opportunamente stimolate possono convertire energia meccanica in energia elettrica, utilizzabile per alimentare dispositivi artificiali.

Stimolando ad esempio la foglia con del silicone, con una certa forza e frequenza, si generano cariche nello strato superficiale della stessa che vengono propagate attraverso lo stelo all’interno della pianta fino ad arrivare alle radici. Utilizzando degli elettrodi applicati alle foglie è possibile quindi alimentare dei dispositivi elettronici.  Nella fattispecie i ricercatori italiani in laboratorio sono riusciti a produrre 150w di energia elettrica, sufficiente ad alimentare 100 lampadine a led.

Una serie di innovazioni Made in Italy che sottolineano l’evoluzione esponenziale del settore della robotica negli ultimi anni, ma anche l’importanza sempre più marcata della interdisciplinarietà nella ricerca e nelle nuove tecnologie.