I-Seed, il robot stampato in 4D dall’Istituto Italiano di Tecnologia che analizza l’aria e il suolo

L’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), con sede a Genova, ha portato a termine un entusiasmante progetto! L’istituto dedicato allo svolgimento di attività di ricerca scientifica di interesse generale, per fini di sviluppo tecnologico, comprende un laboratorio di robotica bioispirata la cui missione è progettare e sviluppare nuove soluzioni innovative, ispirandosi alla natura. Nel 2021 è stato lanciato I-Seed, un progetto per sviluppare una nuova generazione di robot miniaturizzati flessibili, autonomi e biodegradabili utilizzando la stampa 4D. Questi robot sono ispirati ai semi delle piante. Fondendo ricerca scientifica e design tecnologico, il laboratorio si propone di analizzare e monitorare le condizioni del suolo, in cui le piante trovano i nutrienti necessari alla loro sopravvivenza.

La creazione di questi robot biodegradabili è avvenuta in collaborazione con l’Università di Trento. Secondo i ricercatori responsabili del progetto, il robot è in grado di determinare la temperatura e l’umidità del suolo e dell’aria. Sarebbe anche in grado di rilevare la presenza di inquinanti come il mercurio o i livelli di CO2 nell’atmosfera.

Un robot-seme artificiale e biodegradabile realizzato con la stampa 4D

In particolare, I-Seed è ispirato alla struttura igromorfa di un geranio sudafricano, il pelargonium appendiculatum. Questa pianta opera in modo preciso: quando le condizioni ambientali sono giuste, i suoi semi si staccano. Le loro proprietà igroscopiche, cioè di assorbimento dell’umidità, permettono loro di cambiare forma e di muoversi per esplorare e penetrare nel terreno. Ciò contribuisce a promuovere la germinazione della pianta. Per progettare il robot, i ricercatori hanno condotto un’indagine morfometrica, istologica e biomeccanica del pelargonium appendiculatum per prevederne i comportamenti. Successivamente, i ricercatori hanno sfruttato le specifiche biomeccaniche per modellare e fabbricare il robot come un seme con la stampa 4D. Questa, a differenza della stampa 3D che produce oggetti statici, è capace di produrre oggetti che cambiano nel tempo o sotto determinate condizioni esterne.

Nel dettaglio, i ricercatori hanno utilizzato il processo FDM con polimeri biodegradabili a base di policaprolattone, un poliestere utilizzato nella produzione di poliuretani speciali, noto per la sua resistenza all’acqua. La soluzione di estrusione è stata abbinata a una tecnica di elettrofilatura di fibre igroscopiche composte da ossido di polietilene (PEO) e da un nucleo di nanocristalli di cellulosa. Secondo i ricercatori, i semi artificiali e naturali hanno dimensioni geometriche e prestazioni biomeccaniche comparabili. Il progetto potrebbe quindi consentire di analizzare e preservare meglio il suolo. “Questi robot autonomi dal punto di vista energetico saranno utilizzati come strumenti senza fili e senza batterie per l’esplorazione e il monitoraggio del suolo in superficie. Questo approccio guidato dalla biomimetica ci ha permesso di creare strumenti poco costosi che possono essere utilizzati per raccogliere dati in situ con un’alta risoluzione spaziale e temporale, soprattutto in aree remote dove non sono disponibili dati di monitoraggio“, ha dichiarato Luca Cecchini, dottorando dell’IIT in collaborazione con l’Università di Trento e primo autore dello studio. Per saperne di più, è possibile consultare lo studio: QUI.

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*Crediti copertina: Istituto Italiano di Tecnologia (IIT)