The Acer iSeed in the field. Credit: G.Berretta, Istituto Italiano di Tecnologia.
Un gruppo di ricercatori tra Italia e Germania si è ispirato alla natura per sviluppare un nuovo tipo di termometro volante compatto. Questi sensori biocompatibili imitano dimensioni, forma e aerodinamica dei semi di acero, è potrebbero essere utilizzati in gran numero per misurare la temperatura del suolo su vaste aree. In futuro, potrebbero anche registrare le variazioni di umidità e i livelli di anidride carbonica.
Ad oggi esistono molti sensori dotati di connettività senza fili per monitorare parametri fisici e chimici. Tuttavia, questi dispositivi si basano su dispositivi elettronici pesanti e costosi che devono essere recuperati una volta terminato il loro compito, per evitare di inquinare l'ambiente.
Nell'ultimo lavoro pubblicato su Science Advances1, Kliton Cikalleshi, Barbara Mazzolai e colleghi dell'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, insieme a ricercatori dell'INM-Leibniz Institute for New Materials di Saarbrücken, in Germania, hanno invece dimostrato la fattibilità di un piccolo sensore biocompatibile che potrebbe raggiungere autonomamente l'ambiente e poi restare sul campo. L'"I SeedSam", di 3 cm, è costituito da un nucleo denso e da un'ala più lunga e sottile che, proprio come i semi dell'albero Acer campestre, gli consentono di ruotare e di cadere lentamente a terra, allontanandosi a una certa distanza quando viene lasciato cadere dall'alto in condizioni di vento.
Il dispositivo, che si degrada nell'arco di diversi anni, si basa su particelle contenenti ioni di erbio e itterbio inserite in una matrice di acido polilattico. Quando viene esposto alla luce infrarossa di un laser, l'itterbio assorbe la radiazione ed eccita l'erbio, che emette luce verde a due lunghezze d'onda leggermente diverse. L'intensità relativa di queste due tonalità di verde rivela la temperatura dell'ambiente circostante il seme.
Cikalleshi e colleghi hanno prodotto i semi artificiali mescolando i materiali fluorescenti e la matrice, dando loro la forma di un lungo filamento e poi inserendo il filamento in una stampante 3D. Hanno scoperto che i semi continuavano a emettere segnali come previsto anche dopo 30 ore di esposizione agli infrarossi, e che potevano misurare correttamente le temperature entro mezzo grado centigrado.
Il prossimo passo dei ricercatori sarà cercare di riprodurre questi risultati sul campo, utilizzando dei droni per distribuire, irradiare e poi leggere i sensori. Mazzolai spiega che il sistema deve funzionare con qualsiasi condizione atmosferica e su terreni con o senza vegetazione. inoltre, le diverse particelle fluorescenti potrebbero essere mirate ad altri parametri ambientali o inquinanti.
