La perdita di impollinatori, come le api, è una sfida enorme per la biodiversità globale e si ripercuote sull'umanità causando problemi nella produzione alimentare. I ricercatori hanno ora sviluppato il primo robot volante passivo dotato di muscoli artificiali. Questo robot-fata artificiale potrebbe essere utilizzato per l'impollinazione?
Lo sviluppo di polimeri reattivi agli stimoli ha creato un'ampia gamma di opportunità legate ai materiali per i robot di prossima generazione a corpo morbido e controllati in modalità wireless. Da tempo gli ingegneri sanno come utilizzare questi materiali per realizzare piccoli robot in grado di camminare, nuotare e saltare. Finora nessuno è riuscito a farli volare.
I ricercatori del gruppo Light Robots dell'Università di Tampere stanno ora studiando come far volare i materiali intelligenti. Hao Zeng, borsista dell'Accademia e leader del gruppo, e Jianfeng Yang, ricercatore di dottorato, hanno ideato un nuovo design per il loro progetto chiamato FAIRY -- Flying Aero-robots based on Light Responsive Materials Assembly. Hanno sviluppato un robot con assemblaggio di polimeri che vola grazie al vento ed è controllato dalla luce.
"Superiore alle sue controparti naturali, questo seme artificiale è dotato di un attuatore morbido. L'attuatore è costituito da un elastomero cristallino liquido reattivo alla luce, che induce azioni di apertura o chiusura delle setole in seguito all'eccitazione della luce visibile", spiega Hao Zeng.
La fata artificiale è controllata dalla luce
La fata artificiale sviluppata da Zeng e Yang presenta diverse caratteristiche biomimetiche. Grazie alla sua elevata porosità (0,95) e alla sua struttura leggera (1,2 mg), può facilmente fluttuare nell'aria spinta dal vento. Inoltre, la generazione di un anello di vortice separato stabile consente di viaggiare a lunga distanza con l'aiuto del vento.
"La fata può essere alimentata e controllata da una sorgente luminosa, come un raggio laser o un LED", spiega Zeng.
Ciò significa che la luce può essere utilizzata per modificare la forma della piccola struttura simile a un seme di dente di leone. La fata può adattarsi manualmente alla direzione e alla forza del vento cambiando la sua forma. Un fascio di luce può anche essere utilizzato per controllare le azioni di decollo e atterraggio dell'insieme polimerico.
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Potenziali opportunità di applicazione in agricoltura
Successivamente, i ricercatori si concentreranno sul miglioramento della sensibilità del materiale per consentire il funzionamento del dispositivo alla luce del sole. Inoltre, si occuperanno di scalare la struttura in modo che possa trasportare dispositivi microelettronici come GPS e sensori, nonché composti biochimici.
Secondo Zeng, esiste un potenziale per applicazioni ancora più significative.
"Sembra fantascienza, ma gli esperimenti proof-of-concept inclusi nella nostra ricerca dimostrano che il robot che abbiamo sviluppato rappresenta un passo importante verso applicazioni realistiche adatte all'impollinazione artificiale", rivela.
In futuro, milioni di semi di tarassaco artificiali che trasportano polline potrebbero essere dispersi liberamente dai venti naturali e poi guidati dalla luce verso aree specifiche con alberi in attesa di impollinazione.
"Questo avrebbe un enorme impatto sull'agricoltura a livello globale, poiché la perdita di impollinatori dovuta al riscaldamento globale è diventata una seria minaccia per la biodiversità e la produzione alimentare", spiega Zeng.
Sfide ancora da risolvere
Tuttavia, molti problemi devono essere risolti prima. Ad esempio, come controllare il punto di atterraggio in modo preciso e come riutilizzare i dispositivi e renderli biodegradabili? Questi problemi richiedono una stretta collaborazione con gli scienziati dei materiali e con chi si occupa di microrobotica.
Il progetto FAIRY è iniziato nel settembre 2021 e durerà fino all'agosto 2026. È finanziato dall'Accademia di Finlandia. Il robot volante è studiato in collaborazione con il dottor Wenqi Hu del Max Planck Institute for Intelligent Systems (Germania) e con il dottor Hang Zhang della Aalto University.
Testo di Anna Aatinen, foto di Jianfeng Yang
