Euroflora, tutti gli appuntamento con l’Istituto italiano di tecnologia

Genova. L’Istituto Italiano di Tecnologia prenderà parte ad “Eurfolora 2025 – 13^ Mostra internazionale di piante e fiori” con un’area espositiva nel nuovo Palasport in cui i visitatori e le visitatrici potranno vedere alcune delle tecnologie sviluppate nei laboratori di IIT riguardanti sostenibilità, economia circolare e smart agriculture. Inoltre i ricercatori e le ricercatrici IIT terranno dei seminari nell’arena Roverella nel nuovo Waterfront di Levante.

 Queste tematiche per IIT sono centrali come comunicato all’interno del nuovo piano strategico 2024 – 2029, dove è stata identificata prioritaria l’intelligenza artificiale per affrontare le due sfide sociali più urgenti del nostro tempo: la salute (Healthcare) e la sostenibilità (Earthcare).

 Alla sostenibilità IIT inoltre, dedica uno dei 5 programmi Flagship: “Technologies for Sustainability” ossia lo sviluppo di tecnologie per la sostenibilità che contribuiranno alla creazione di paradigmi di economia circolare, progettazione di nuovi materiali per la transizione energetica, depurazione dell’acqua, studio di sistemi robotici per l’agricoltura e all’ottimizzazione dei processi produttivi per una migliore gestione delle risorse naturali.

Ecco gli appuntamenti:

24 aprile, ore 16:00 – 18:00: “Vinum. Robotica per la potatura di precisione del vigneto. Nuove soluzioni tecnologiche per l’agricoltura di domani” a cura di Claudio Semini, Responsabile dell’unità di ricerca IIT Dynamic Legged Systems. Dimostrazione live del robot. Il Progetto Vinum è in collaborazione tra IIT e la facoltà di Scienze agrarie, alimentari e ambientali dell’Università Cattolica del Sacro Cuore, campus di Piacenza. Attualmente parte del contributo di IIT è sostenuto da RAISE, l’ecosistema dell’innovazione finanziato dal PNRR. 

27 aprile, ore 16:30 – 18:30: “Vinum. Robotica per la potatura di precisione del  vigneto. Nuove soluzioni tecnologiche per l’agricoltura di domani” a cura di Angelo Bratta, ricercatore dell’unità di ricerca IIT Dynamic Legged Systems. Dimostrazione live del robot. Il Progetto Vinum è in collaborazione tra IIT e la facoltà di Scienze agrarie, alimentari e ambientali dell’Università Cattolica del Sacro Cuore, campus di Piacenza. Attualmente parte del contributo di IIT è sostenuto da RAISE, l’ecosistema dell’innovazione finanziato dal PNRR. 

28 aprile, ore 17:30 – 18:30: “Smart materials: soluzioni tecnologiche per un’agricoltura sostenibile e bioplastiche dagli scarti vegetali” a cura di Marco Contardi e Martina Pierina Facchinelli, ricercatori dell’unità di ricerca IIT Smart Materials.

 3 maggio, ore 15:00 – 16:00: “Estratti naturali, tra cui gli scarti di vinificazione dei vigneti delle Cinque Terre: antiossidanti naturali per la salute umana” a cura di Gianni Ciofani, Coordinatore del Centro IIT di Pontedera e responsabile dell’unità di ricerca IIT Smart Bio-Interfaces.

Nell’area espositiva di IIT saranno visibili per l’intera durata della manifestazione: Bioplastiche e smart materials sviluppati dall’unità di ricerca “Smart Materials” dell’Istituto Italiano di Tecnologia diretta da Athanassia Athanassiou: soluzioni innovative per il recupero e il riutilizzo degli scarti di origine vegetale. Si tratta di materiali costituiti da fibre naturali che, pur avendo proprietà meccaniche simili a quelle della plastica, a fine ciclo possono essere riassorbiti dalla natura. Le caratteristiche di questi materiali sono: totale biodegradabilità nell’ambiente, alto contenuto di olii essenziali che consentono applicazioni anche nel campo del packaging alimentare e possibilità di creare miscele con più vegetali per ottenere proprietà meccaniche diverse. In IIT i ricercatori stanno studiando come fare reverse engineering della natura, rendendo i vegetali scartati dall’industria del cibo, orto-frutticola e non solo, la nuova generazione di bioplastiche in grado di rimpiazzare materiali fossili e non rinnovabili con materiali che siano in grado di chiudere il cerchio dell’economia circolare. Queste nuove tecnologie hanno il potenziale per cambiare sia la filiera degli imballaggi che quella del cibo. Sostituire tutta la plastica di oggetti che hanno una durata della vita limitata migliorerà la sostenibilità ambientale della società. 

Tecnologie bio-ispirate sviluppate dall’unità di ricerca “Bioinspired Soft Robotics” dell’Istituto Italiano di Tecnologia diretta da Barbara Mazzolai: Lo sviluppo di robot ambientali bio-ispirati con capacità sensoriali e di analisi multiple e contemporanee, è tra gli scopi della ricerca condotta da Barbara Mazzolai, Associate Director per l’area robotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia. Il team di Mazzolai sviluppa tecnologie ispirate a comportamento, meccanismi di funzionamento e alla struttura di piante, radici e semi per ottenere robot in grado di svolgere diverse attività legate al monitoraggio ambientale come leggere la composizione chimica di un terreno e alcuni suoi parametri fisici, quali umidità, temperatura e resistenza meccanica. 

Le tecnologie esposte

Acer i-Seed: Il primo seme artificiale fluorescente ed ecosostenibile per il monitoraggio ambientale attraverso i droni. Il prototipo si ispira ai semi naturali di Acer campestre, di cui replica il comportamento aerodinamico. È costituito da un materiale biocompatibile e compostabile, ed è stato realizzato con tecnologie di stampa 3D. La distribuzione dei semi in aree molto vaste può essere realizzata con un drone, permettendo così di studiare lo stato di salute del terreno a distanza ed in particolare monitorare la temperatura del terreno tramite segnale fluorescente.

Il nuovo Acer i-Seed è stato descritto sulla prestigiosa rivista scientifica Science Advances dal gruppo di ricerca guidato da Barbara Mazzolai all’IIT di Genova in collaborazione con il Leibniz Institut for New Materials (INM). Lo studio è stato sostenuto da fondi dell’Unione Europea nell’ambito del progetto I-Seed, coordinato dall’IIT.

Una volta maturi, in natura i semi si staccano dalla pianta e vengono trasportati e dispersi dal vento su grandi distanze. I semi, infatti, sfruttano un particolare design aerodinamico mono-alare che consente loro di ruotare durante la caduta, con un movimento simile a quello di una pala di elicottero. Questa autorotazione abbassa la velocità di discesa del seme, permettendogli di rimanere in aria per più tempo e aumentando così le possibilità di dispersione ad opera del vento. 

Dopo aver analizzato la morfologia, l’istologia e l’aerodinamica dei semi naturali, il gruppo di ricerca ha progettato e realizzato il seme biomimetico artificiale. Il materiale utilizzato è un materiale biocompatibile e compostabile a base di acido polilattico (PLA) contenente particelle fluorescenti non tossiche, sensibili alla temperatura. La fabbricazione dei semi artificiali è avvenuta tramite tecnologie di stampa 3D.

Le proprietà aeree dei semi Acer i-Seed, li rendono particolarmente adatti alla dispersione via droni, i quali, dotati di tecnologia fLiDAR (fluorescence Light Detection and Ranging), potranno registrare la variazione di luminescenza dei sensori, consentendo così un monitoraggio in remoto e su larga scala della temperatura del suolo, e di altri parametri ambientali.

I-Seed: Un robot a forma di seme e con la capacità di esplorare il suolo in base alle variazioni di umidità; costituito da materiale biodegradabile e in grado di muoversi nell’ambiente senza necessità di batterie o altre sorgenti esterne di energia: è il primo seme-robot artificiale realizzato nei laboratori di Bioinspired Soft Robotics dell’IIT-Istituto Italiano di Tecnologia a Genova, coordinati da Barbara Mazzolai, in collaborazione con l’Università di Trento. Il seme artificiale è l’unico prototipo al mondo in grado di trasformarsi e muoversi nell’ambiente in modo autonomo e potrà trovare applicazioni in vari ambiti, dal monitoraggio ambientale per individuare la presenza di inquinanti come il mercurio, e dell’aria, come i livelli di CO2, temperatura e umidità alla riforestazione.

Il lavoro è stato pubblicato su Advanced Science e nasce nell’ambito del progetto europeo I-Seed, di cui IIT è capofila.

Il primo seme artificiale I-Seed è ispirato alla struttura del seme di un geranio di origini sud-africane, il Pelargonium appendiculatum, di cui replica la struttura igromorfica, ovvero in grado di mutare forma in reazione alle variazioni di umidità nell’ambiente. Analizzando a livello istologico i tessuti del seme naturale, i ricercatori hanno replicato il design del seme utilizzando e combinando tecniche di stampa 3D ed elettrofilatura. Per identificare la soluzione migliore, sono stati sperimentati diversi materiali con caratteristiche adattabili al tipo di applicazione desiderata, quali per esempio materiali in grado di assorbire umidità e di espandersi, come i nanocristalli di cellulosa e ossido di polietilene, e polimeri termoplastici biodegradabili a base di Policaprolattone.

FiloBot il primo robot che cresce e si muove come una pianta rampicante: un robot che è in grado di costruire autonomamente il proprio corpo dalla punta grazie a una tecnica di stampa 3D direttamente integrata nel robot stesso. L’idea nasce dall’osservazione delle piante e dalle loro strategie di esplorazione ambientale. In particolare, il progetto europeo GrowBot, coordinato da Mazzolai, mirava a trarre ispirazione dalle piante rampicanti che mostrano notevoli capacità adattative dei loro corpi flessibili. Le piante, infatti, si muovono nell’ambiente attraverso la divisione cellulare e l’allungamento implementato alle estremità dei germogli e delle radici in risposta a stimoli esterni, come luce o gravità, con comportamenti chiamati tropismi. Il robot FiloBot è stato ideato in modo che costruisca il proprio corpo crescendo da una delle sue estremità – rappresentata da una testa robotizzata – proprio come la crescita apicale adottata nelle piante. La crescita è resa possibile da una tecnica di stampa 3D additiva che il gruppo ha integrato nel robot stesso; il materiale usato è una termoplastica (PLA) che viene stesa sottoforma di filo che gira intorno all’asse del corpo del robot. Questa tecnica consente al robot di adattare la sua forma all’ambiente con cui entra in contatto in modo passivo, ovvero sfruttando le proprietà del materiale di cui è composto e seguendo le caratteristiche del supporto o del luogo in cui cresce. Il movimento di FiloBot è guidato da alcuni sensori ambientali che riproducono le capacità sensoriali delle piante rampicanti e i comportamenti a loro associati, chiamati tropismi. Il robot è in grado di sentire la forza di gravità e di analizzare il tipo di luce che lo circonda, e di conseguenza determinare in modo attivo la direzione di crescita. Le piante, infatti, hanno la capacità di riconoscere se la luce circostante possiede una componente blu, la quale attiva la fotosintesi, oppure una percentuale di rosso e infrarosso, che indica la presenza di altri vegetali.

HybriBot: IIT in collaborazione con l’Università di Friburgo, ha realizzato un robot bioibrido composto da una capsula realizzata in farina con tecniche di micro-fabbricazione 3D e dalle due appendici naturali del frutto dell’avena in grado di muoversi in risposta all’umidità dell’aria. Il nuovo dispositivo, denominato HybriBot, può ospitare al suo interno semi naturali di diverse piante, così da essere un vettore biodegradabile da usare nella riforestazione. Il gruppo di ricerca ha eseguito già dei test con semi di pomodoro, cicoria e salcerella, uno dei fiori preferiti dalle api, che hanno portato allo sviluppo delle piante. 

HybriBot, descritto sulla rivista scientifica internazionale Advanced Materials, nasce nell’ambito del progetto europeo i-Seed coordinato da Barbara Mazzolai e dell’ecosistema dell’innovazione RAISE (Robotics and AI for Socio-economic Empowerment) finanziato dal Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza in Italia. L’invenzione rappresenta un’ulteriore soluzione per affrontare i problemi dovuti ai cambiamenti climatici, quali la necessità di riforestazione di ampie zone e la protezione della biodiversità. Il sistema artificiale HybriBot ha la caratteristica di unire una componente naturale – le appendici del frutto dell’avena – con una artificiale, che agisce come navicella di trasporto per semi, mantenendo le capacità di movimento e di interazione con l’ambiente dell’esemplare naturale. Le appendici dell’avena reagiscono alla presenza di umidità, il che genera il movimento della struttura sul suolo. Questo movimento continua finché, senza alcun controllo, la pianta si insinua in una fessura nel terreno dove si ferma, permettendo al seme di germogliare. Le appendici ruotano, si incrociano e nell’intersezione accumulano energia elastica che, quando rilasciata, muove la capsula. Il movimento di HybriBot, quindi, non è supportato da batterie o altri sorgenti di energia aggiuntive.

La capsula artificiale pesa 60 mg, circa 3 volte il peso naturale. È stata realizzata partendo dallo studio di quella naturale e dalla costruzione di uno stampo con tecniche di micro-fabbricazione 3D. Il corpo artificiale è stato creato usando della farina, ricoperta di etilcellulosa per rendere la struttura impermeabile e stabile. Una volta pronta, la capsula può essere riempita con i semi di altre piante e con sostanze fertilizzanti.