La robotica bioispirata prende ispirazione dalle piante e dagli animali per creare robot che abbiano delle caratteristiche utili all’uomo. I primi robot costruiti sono quelli ispirati al mondo vegetale. Perché, come dice Barbara Mazzolai nel suo libro: “Se dovessi immaginare un alieno sulla Terra, credo che sceglierei una pianta”

Cinque caratteristiche delle piante che ritroviamo nei robot

I primi robot ispirati al mondo della natura ad essere stati costruiti sono quelli che imitano le piante. Le piante hanno goduto di poca considerazione per molto tempo e ingiustamente. Il Regno Vegetale è molto diverso da quello Animale ma ha una storia di vita più lunga.

Cosa ci insegnano le piante? I vegetali hanno adottato caratteristiche di vita e strategie del tutto diverse e molto lontane da quelle del Regno Animale. 

Se dovessi immaginare un alieno sulla Terra, credo che sceglierei una pianta

Barbara Mazzolai

Le piante sembrano fisse ma in realtà sono in grado di muoversi mentre crescono: una caratteristica unica, quella del movimento attraverso la crescita che nessun animale possiede.

Le piante sono in grado di variare la loro rigidità controllando il quantitativo di acqua presente nei loro tessuti.

Le piante sanno comunicare anche senza parole, senza un linguaggio del corpo e delle espressioni che caratterizza gli animali. Ci insegnano come è possibile comunicare solo attraverso una rete di connessioni e di sostanze chimiche emesse o assorbite dall’ambiente circostante.

Le piante formano una rete sotterranea con le loro radici. Possono comunicare e vivere in relazione tra di loro e con funghi, batteri, animali.  La loro rete sotterranea è chiamata Wood Wide Web. Si tratta di una “catena di solidarietà” attraverso la quale le piante si aiutano tra loro. 

Se una pianta è debole o vive in una zona di ombra, le altre piante che vivono al sole e sono più ricche di nutrienti passano parte delle loro sostanze alla pianta svantaggiata tramite questa rete sotterranea. A questa rete si è ispirato chi ha ideato internet e il web. 

La solidarietà tra le piante non si ferma qui. Quando una pianta o parte di essa viene colpita da insetti, la pianta stessa è in grado di avvertire le altre parti e le piante vicine mediante la secrezione di sostanze chimiche di avvertimento. In questo modo la pianta salva se stessa e le piante attorno dalla minaccia che l’ha colpita.

Le piante sono note per questo loro comportamento emergente: l’intelligenza collettiva. Si tratta di un comportamento di alto livello che si origina a partire da semplici interazioni tra parti singole.

La pianta è l’unico essere vivente che associa il movimento alla crescita

Barbara Mazzolai

I plantoidi, cosa sono e come funzionano

Le piante sono comparse sulla Terra circa 450 milioni di fa come organismi unicellulari in grado di fare fotosintesi. Dunque i vegetali hanno avuto più tempo per adattarsi alla vita sulla Terra rispetto agli animali, che sono comparsi molto dopo. Le loro strategie di vita e di sopravvivenza, come abbiamo visto, sono nettamente diverse da quelle degli animali e dell’uomo.

L’uomo si è ispirato alle piante per creare dei robot. I plantoidi o robot pianta sono costruiti prendendo ispirazione dal mondo vegetale. Come le piante, sono macchine che non hanno una forma predefinita e fissa, ma sono in grado di mutare la loro forma e dimensione.

Sanno adattarsi all’ambiente circostante. Proprio l’adattamento all’ambiente è il fine ultimo dell’evoluzione: come le piante, i plantoidi sono progettati per riuscire ad adeguarsi al suolo e all’ambiente esterno e per essere flessibili.

La rete di radici sotterranee che le piante creano in natura ha ispirato l’uomo per costruire delle macchine in grado di muoversi nel sottosuolo, in modo capillare, anche in ambienti ostili o con diversa pressione e attrito.

Un plantoide è fatto di foglie realizzate con polimeri plastici di vario tipo. Si susseguono strati diversi tra loro. Un primo strato di polimeri è in grado di rispondere all’umidità ambientale, mentre quello successivo guida il movimento.  La presenza di sensori aiuta il robot a muoversi, mentre l’umidità esterna fa aprire e chiudere le foglie. Questo tipo di robot, dotato di telecamere, è in grado di muoversi in ambienti estremi come il buio, il sottosuolo, nelle gallerie. Gli operatori seguono il movimento da lontano, comandando la macchina.

I plantoidi sono robot utilizzati anche in medicina: un piccolo plantoide funziona da endoscopio, permettendo di esplorare l’interno del corpo umano in modo non invasivo.

I robot ispirati alle piante sono anche detti grow-bot, perché sono robot che:

• percepiscono l’ambiente esterno
• possono adeguare i loro movimenti
• mentre si muovono, crescono
• possono decidere dove e come muoversi, pur non avendo un cervello
• sono dinamici e adattabili

Biologia e tecnologia: le nuove sfide del futuro

In questi tre post dedicati al mondo dei robot ispirati alla natura abbiamo visto come scienza e tecnologia sono e saranno sempre più collegate tra loro. Nel libro di Barbara Mazzolai, La natura geniale, che ha ispirato questi miei post di approfondimento, la scienziata racconta di come nel futuro dovremmo tornare ad un concetto che avevamo un po’ dimenticato.

In questi ultimi anni, nella scienza come nella tecnologia, ci siamo mossi verso una maggiore specializzazione, a volte anche estrema. Nel futuro torneremo a liberarci degli schemi e delle separazioni. La costruzione dei robot ispirati alla natura è solo uno dei tanti esempi nei quali si è dimostrato importante mettere assieme saperi diversi e complementari.

Il sapere non deve essere diviso per settori che comunicano poco tra loro: occorre andare verso la condivisione e la multidisciplinarietà.

I nuovi robot soffici sono degli strumenti utili all’uomo, al servizio dell’uomo. Saranno impiegati nelle case, per il supporto alle attività quotidiane e in numerosi settori: nelle industrie, nelle fabbriche, in medicina e nel monitoraggio e nello studio dell’ambiente.

La medicina sarà uno dei principali campi di applicazione dei robot bioispirati. Anche il monitoraggio ambientale beneficerà dei nuovi soft robot e potrà essere più sicuro ed accurato. I robot permetteranno di conoscere e studiare ambienti estremi che dobbiamo salvaguardare: i fondali marini, le grotte, le rocce. Ci permetteranno di intervenire in caso di disastri ambientali, ci aiuteranno a salvare la vita a molte persone. 

I nuovi robot saranno costruiti impiegando le regole dell’economia circolare. Saranno fatti di materiali eco-compatibili, utilizzeranno sistemi a basso consumo di energia, potranno adeguarsi all’ambiente circostante.

La tutela dell’ambiente sarà fondamentale per i prossimi decenni. Una scoperta del tutto nuova è la capacità delle piante di produrre elettricità: da qui partiranno le nuove ricerche degli istituti di biomimetica e robotica bioispirata di ogni parte del mondo

Io credo che sia proprio questo sguardo diverso – curioso e mai sazio – il giusto modo di osservare gli esseri viventi che ci circondano, per poterli comprendere davvero e dunque imparare anche a imitarli.

La Natura può insegnarci tanto, basta guardarla con occhi diversi, cercando la luce speciale che la rende unica. E imparare a rispettarla

Barbara Mazzolai – La Natura geniale