Il progetto punta a costruire robot biodegradabili e intelligenti per il monitoraggio del suolo e dell’aria
Il progetto europeo I-Seed ha combinato robotica ed intelligenza artificiale per sviluppare robot innovativi ispirati ai semi delle piante e in grado di agire come sensori per il monitoraggio dei parametri di salute del suolo, quali la presenza di inquinanti dell’aria, come i livelli di CO2, temperatura e umidità.
I “semi intelligenti”, denominati robot I-Seed, saranno biodegradabili, rispettando così l’ambiente. Il progetto sarà coordinato da Barbara Mazzolai, dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), e coinvolgerà cinque partner europei provenienti da Italia, Germania, Paesi Bassi e Cipro. Oltre all’IIT, in Italia sono coinvolti l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna e l’Istituto sull’inquinamento atmosferico del Consiglio nazionale delle ricerche di Rende (Cnr-Iia). “I-Seed” è stato finanziato con un contributo complessivo di 4 milioni di euro dall’Unione Europea nell’ambito del bando FET Proactive Environmental Intelligence 2020.
I ricercatori di “I-Seed” si ispireranno, come ha fatto Leonardo da Vinci con la sua “vite aerea“, al comportamento dei semi delle piante; 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. 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.
“Tali nuovi robot saranno utili per proteggere e migliorare la qualità dell’aria e del suolo e gestire efficacemente le risorse naturali” commenta Barbara Mazzolai, coordinatrice del progetto “I-Seed”e vicedirettore per la Robotica dell’IIT.
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.
Barbara 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 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
Oltre ai partner italiani, il consorzio, coordinato dall’Istituto Italiano di Tecnologia, comprende il Leibniz Institute for New Materials (Germania), l’Università di Wageningen (Paesi Bassi) e Olyseus Innovations Ltd. (Cipro).
Per informazioni:
Nicola Pirrone
Cnr-Iia
pirrone@iia.cnr.it