I-Seed, un robot-graine imprimé en 4D capable d’analyser la qualité du sol et de l’air

Dans l’institut italien de Technologie (ITT), il existe un laboratoire de robotique bio-inspirée. Cette unité a pour mission de concevoir et développer de nouvelles solutions innovantes, tout en s’inspirant de la nature. En 2021, elle a lancé I-Seed, un projet visant à développer une nouvelle génération de robots miniaturisés souples, autonomes et biodégradables à l’aide de l’impression 4D. Ces robots sont inspirés des graines de plantes. En fusionnant la recherche scientifique et la conception technologique, le laboratoire a pour objectif d’analyser et surveiller les environnements de l’air et de la couche arable, la partie du sol où les végétaux trouvent les nutriments nécessaires à leur survie.

La création de ces robots biodégradables est en collaboration avec l’université de Trente, en Italie. D’après les chercheurs en charge du projet, le robot-graine est capable de déterminer la température ou l’humidité du sol et de l’air. Il serait aussi en mesure de voir la présence de polluants comme le mercure, ou encore les niveaux de CO2 dans l’atmosphère. Le premier I-Seed développé est inspiré de la structure hygromorphe d’un géranium sud-africain, le pelargonium appendiculatum.

Un robot-graine autonome et biodégradable

Cette plante opère d’une manière précise. Lorsque les conditions environnementales sont réunies, ses graines se détachent. Leurs propriétés hygroscopiques, c’est-à-dire l’absorption de l’humidité, leurs permettent de changer de forme et de se déplacer pour explorer et pénétrer le sol. Cela permet ainsi de favoriser la germination de la plante. Afin de concevoir le robot-graine, les chercheurs ont effectué une enquête morphométrique, histologique et biomécanique du pelargonium appendiculatum pour prédire ses comportements. Ensuite, les chercheurs ont exploité les spécifications biomécaniques pour modéliser et fabriquer le robot en forme de graine. Comme expliqué précédemment, les chercheurs déclarent avoir fabriqué le robot à l’aide de l’impression 4D.

Ils ont utilisé le procédé FDM avec des polymères biodégradables à base de polycaprolactone, un polyester utilisé dans la production de polyuréthanes spéciaux. Ce matériau est connu pour sa bonne résistance à l’eau. La solution d’extrusion a été couplée avec une technique d’électrofilage de fibres hygroscopiques composées d’un oxyde de polyéthylène (PEO) et d’un noyau de nanocristaux de cellulose. D’après les chercheurs, les graines artificielles et naturelles ont des dimensions géométriques et des performances biomécaniques comparables. Ce projet pourrait donc permettre de mieux analyser les sols et de mieux les préserver. “Ces robots autonomes en énergie seront utilisés comme outils sans fil et sans batterie pour l’exploration et la surveillance des sols de surface. Cette approche bio-inspirée nous a permis de créer des instruments peu coûteux qui peuvent être utilisés pour collecter des données in situ avec une résolution spatiale et temporelle élevée, en particulier dans les zones reculées où aucune donnée de surveillance n’est disponible“, a déclaré Luca Cecchini, doctorant à l’IIT en collaboration avec l’université de Trente et premier auteur de l’étude. Pour en savoir plus sur ce robot-graine, un article de recherche a été publié dans la revue Advanced Science. Vous pouvez le consulter ICI.

*Crédits photo de couverture : Institut italien de Technologie