L’intelligenza artificiale comincia a suscitare timori, sulla base della sua costante evoluzione: avrà il sopravvento sugli umani? Tutti i fantascientifici film sull’argomento ci rassicurano: ce la faremo! E conviveremo con organismi sintetici come i plantoidi, ideati per comportarsi come una pianta, allungando le radici nel suolo e adattandosi al luogo.
L’intuizione e la realizzazione si devono ad una straordinaria biologa italiana, Barbara Mazzolai, con dottorato di ricerca in Ingegneria dei microsistemi e un master internazionale in Eco-Management alla Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa; oggi dirige il Centro di MicroBioRobotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia a Pontedera (Pisa).
Nel 2012 Mazzolai ha coordinato il progetto europeo che ha dato vita al primo robot pianta al mondo, il plantoide, capace di riprodurre il comportamento delle radici; ora è a capo del progetto GrowBot per la creazione di robot in grado di arrampicarsi e adeguarsi all’ambiente circostante, così come appunto fanno le piante. Nel 2015 Robohub, la maggiore comunità scientifica internazionale degli esperti di robotica, l’ha inclusa tra le 25 donne più geniali del settore; ha ricevuto numerosi riconoscimenti e pubblicato vari libri di divulgazione scientifica.
Un esempio che ha preso mossa un paio di anni fa – coordinato da Mazzolai con 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) – è il progetto “I-Seed“, che combina robotica bioispirata, materiali soffici e innovativi e intelligenza artificiale, allo scopo di sviluppare semi-robot, in grado di agire come sensori per il monitoraggio dei parametri di salute del suolo, come la presenza di inquinanti, e dell’aria, come i livelli di CO2, temperatura e umidità.
«Trovo, se questo strumento a vite sarà ben fatto, cioè fatto di tela lina, stopata i suoi pori con amido, e svoltata con prestezza, che detta vite si fa la femmina nell’aria e monterà in alto»: sono le parole con cui Leonardo si riferisce alla sua vite aerea, concepita guardando alle forme della natura e alle caratteristiche dell’aria; analogamente, i ricercatori hanno osservato il comportamento dei semi delle piante e le diverse strategie di dispersione dei semi – eolica o mediante strutture che rendono i semi capaci di scavare per penetrare nel suolo – replicando e producendo semi intelligenti, I-Seed, biodegradabili.
L’obiettivo principale punta ad ottenere due tipi di robot, miniaturizzati e auto-distribuibili: I-Seed ERO e I-Seed SAM. Il primo sarà un robot soffice in grado di penetrare nel terreno attraverso un movimento reso possibile dalla sua forma a cavatappi, mentre I-Seed SAM volerà e opererà in aria e sulla superficie. La procedura di dispersione dei semi avverrà attraverso un drone e, grazie ad un software specifico, gli operatori potranno tracciarne la posizione precisa e controllare le condizioni del terreno, facilitati dalla loro fluorescenza e da droni con un sistema LIDAR per rilevarli a distanza. Gli I-Seed robots potranno essere introdotti anche in aree geografiche dove al momento non è presente alcuna forma di monitoraggio ambientale. I ricercatori implementeranno le reti di sensori attraverso una struttura innovativa, a basso costo ed ecologicamente responsabile, poiché costituita da materiali biodegradabili.
Così ha commentato la coordinatrice Mazzolai: «Comprendere, monitorare, ripristinare e preservare l’equilibrio degli ecosistemi naturali è necessario per salvaguardare la biodiversità delle specie. 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».
A fare il punto sullo stato di avanzamento del progetto ad ora è Nicola Pirrone, dirigente di ricerca CNR – Istituto sull’Inquinamento Atmosferico: «Siamo al giro di boa: abbiamo superato la metà del progetto, che sarebbe destinato a concludersi a fine 2024. Uso il condizionale, perché cercheremo di ottenere un’estensione, dato che i primi mesi di attività sono stati condizionati dalle limitazioni della pandemia. Dal punto di vista scientifico, da settembre avremo a disposizione i prototipi del sensore sviluppati dall’Istituto italiano di tecnologia -partner italiano- e dai partner tedeschi (Leibniz Institute for New Materials) e olandesi (Università di Wageningen): si tratta di sensori in materiali biodegradabili, tramite i quali rilevare parametri come la temperatura e l’umidità relativa dell’aria, la concentrazione di CO2 e di mercurio. Con essi, sarà avviata la validazione, curata dall’Istituto sull’inquinamento atmosferico del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Iia): una fase particolarmente importante, non solo quello per dare riscontro della tecnologia, ma anche per individuare le linee guida per un utilizzo su vasta scala in contesti diversi, in modo da ottenere dati confrontabili e utili per una valutazione ad ampio raggio».
I succitati materiali biodegradabili saranno selezionati in funzione della loro durata e della loro capacità di resistere alle intemperie e alle sollecitazioni climatiche, affinché i sensori non si degradino troppo in fretta, ma possano fornire dati per almeno un anno, anche considerando che saranno posizionati in zone remote dove non sarà sempre agevole procedere a una sostituzione o ridistribuzione, così come in zone contaminate quali aree industriali e minerarie discariche, raffinerie et similia.
Applicazioni “in campo”? «Esistono molteplici reti di sensori – riprende Pirrone – che rilevano la presenza di inquinanti, ma nessuna composta di materiali biodegradabili come propone il progetto I-Seed. Inoltre, è particolarmente innovativa la modalità del rilevamento: a seconda delle zone in cui saranno posizionati i sensori, invieremo un drone che solleciterà con un laser i sensori stessi; questi “risponderanno” emettendo in fluorescenza che in base alla sua intensità consentirà di misurare la concentrazione dell’inquinante presente in aria. I benefici di questo processo, ad oggi un unicum, sono duplici: da un lato il risparmio di risorse, perché i sensori saranno a basso costo – e questo significa che non saranno necessari grossi investimenti anche per monitorare porzioni ampie di territorio – dall’altro la rapidità e l’efficacia nell’acquisire i dati».
Nello specifico, la coordinazione tra i 5 partner europei vede l’Istituto italiano di tecnologia, con i partner tedeschi e olandesi, impegnato nello sviluppo tecnologico dei sensori, mentre il partner di Cipro, l’azienda high tech Olyseus Innovations, gestirà i sorvoli con il drone. Il team dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna contribuirà allo sviluppo di modelli matematici che serviranno a simulare le traiettorie al dei singoli sensori I-Seed rilasciati da un drone e quindi dell’area impegnata.
«Come Cnr-Iia, svolgeremo un ruolo di validazione dell’efficacia del sistema, da cui dipenderà anche lo sviluppo di protocolli e linee guida strategiche volte a far sì che questa metodologia possa estendersi in più contesti, offrire dati “robusti” che possano essere confrontati con quelli ottenuti da metodi di rilevamento più tradizionali, e quindi affiancarsi ad esse a livello internazionale. Nella fase finale del progetto, i sensori I-Seed verranno testati su vasta scala, a varie latitudini degli emisferi nord e sud, grazie alla rete globale GMOS e al programma GEO GOS4M, entrambi coordinati del nostro istituto. In questa fase sarà necessario definire e validare delle policies che possano essere portate all’attenzione degli organismi istituzionali competenti: in questo senso, da anni rappresentiamo l’Italia in vari programmi europei e internazionali, collaborando attivamente con ministeri italiani competenti (Ministero dell’Ambiente, MUR),Commissione Europea e Presidenza dell’Unione Europea, e con vari organismi delle Nazioni Unite che operano sul tema della tutela dell’ambiente».
L’Istituto italiano di tecnologia vanta una competenza internazionale in materia plantoidi, non limitata solo a questa iniziativa, che, peraltro – di pari passo con lo sviluppo della rete di sensori biodegradabili – porta avanti la realizzazione di un’infrastruttura cloud per la condivisione dei dati e l’interoperabilità dei sistemi di fog/edge computing attraverso l’utilizzo di modelli di intelligenza artificiale. «Questa parte, che curiamo come Cnr-Iia, sarà fondamentale per poter mettere a disposizione della comunità scientifica ma anche dei “decisori” una piattaforma di modellistica avanzata per prevedere zone ad alto rischio di inquinamento. Di questa, e in generale dell’andamento del progetto, si parlerà il prossimo ottobre presso la nostra sede a Rende, quando ci incontreremo con tutti i partner per il primo workshop “hands-on” del progetto».
Riprendendo il riferimento al cinema nell’attacco, qualche tempo fa la proiezione a Bologna di The 21st Sense, cortometraggio ispirato alle forme di comunicazione delle piante, ha introdotto un successivo dibattito scientifico (presente la stessa Mazzolai): come si adattano le piante all’ambiente circostante e come interagiscono tra di loro e con altri organismi per rispondere e sopravvivere a eventi sfavorevoli? Si può parlare di intelligenza delle piante e quale significato dare a questo concetto? Quali sono le nuove frontiere della robotica ispirata al modello vegetale per la salvaguardia degli ecosistemi terrestri?
Nel futuro distopico del film, ci troviamo in un istituto che sta sviluppando un ologramma che permette agli esseri umani di comunicare con le piante. Steve, ricercatore, è convinto che questo tipo di comunicazione sia possibile anche senza l’ologramma, grazie al ventunesimo senso. Sarà la nostra prossima realtà?
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