Arrivano i robot per monitorare il terreno

Robot morbidi, biodegradabili, dotati di intelligenza artificiale, ispirati ai semi delle piante e da utilizzare per il monitoraggio ambientale: è l’obiettivo del progetto europeo I-Seed e coordinato dalla ricercatrice dell’IIT Barbara Mazzolai. I-Seed ha ottenuto un finanziamento 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; in Italia coinvolge anche l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna e l’Istituto sull’inquinamento atmosferico (IIA) del CNR, mentre i partner europei sono il Leibniz Institute for New Materials (Germania), l’Università di Wageningen (Paesi Bassi) e Olyseus Innovations Ltd. (Cipro). I ricercatori di I-Seed si ispireranno al comportamento dei semi delle piante per quanto riguarda le loro caratteristiche di “movimento”; le piante, infatti, utilizzano 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.

Tali 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. 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. 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 – mediante 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 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.” 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.

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 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 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. Il gruppo di lavoro del CNR-IIA, coordinato da Nicola Pirrone, studierà infine 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.