Il robot Filobot è in grado di crescere grazie alla stampa 3D e di usare piante reali come supporto. Credit: Istituto Italiano di Tecnologia (IIT).
I ricercatori dell'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) hanno sviluppato un robot che cresce autonomamente, chiamato FiloBot, riproducendo alcuni comportamenti delle piante rampicanti in risposta a stimoli esterni, come gravità e luce1. Lo studio, pubblicato su Science Robotics, è il culmine di un progetto decennale del gruppo guidato da Barbara Mazzolai che, ispirandosi inizialmente alle radici delle piante, ha utilizzato la produzione additiva, o stampa 3D, anche per imitare la crescita delle piante rampicanti.
"Le piante rampicanti crescono opponendosi alla gravità e sfruttano i supporti per vincere la competizione per la luce e le altre risorse, in ambienti difficili e affollati come le foreste tropicali", spiega Mazzolai. "Possono usare viticci e uncini, oppure avvolgersi attorno al supporto stesso: FiloBot sfrutta quest'ultima strategia".
Questi robot potrebbero essere in grado di muoversi in ambienti non strutturati e di attraversare spazi vuoti, abilità che sono più difficili da ottenere in robot con ruote o gambe. Potrebbero aiutare le operazioni di ricerca e salvataggio o eseguire attività di monitoraggio e bonifica ambientale.
FiloBot ha una testa dotata di sensori di luce e gravità. Alla sua base, una minuscola stampante 3D rilascia un filamento di materiale termoplastico. Il filamento assume una forma circolare con un diametro di 4 cm componendo così il corpo a forma di stelo del robot, che è ancorato a una stazione con alimentatore, bobina di filamento e ventole.
Il robot può curvare modulando la velocità con cui il filamento viene distribuito lungo la circonferenza, depositando più materiale da un lato rispetto all'altro. A seconda del comportamento richiesto, FiloBot può scegliere autonomamente un angolo di inclinazione in base alla gravità e alla luce e regolare di conseguenza i suoi parametri di crescita.
Gli ecologi hanno ipotizzato che, quando cercano un sostegno, le piante rampicanti siano attratte dall'ombra, un comportamento noto come scototropismo, in contrapposizione al fototropismo, che si manifesta quando la pianta cresce verso la luce. Calibrando in base alle lunghezze d’onda della luce rilevata la temperatura di estrusione, la velocità di rilascio e stampa 3D del filamento, gli autori hanno fatto in modo che FiloBot cercasse il sostegno di una pianta, crescendo sopra una delle sue foglie all'ombra di quella sovrastante e quindi verso il tronco. L'aggancio al tronco della pianta è stato ottenuto misurando continuamente l'angolo tra la direzione di crescita del robot e la gravità, e regolando di conseguenza i parametri di crescita.
Le piante rampicanti sono anche in grado di regolare la rigidità del fusto a seconda della loro configurazione. Nelle fasi iniziali della crescita o quando attraversano spazi vuoti, si inspessiscono per resistere alla gravità sostenendo il proprio peso. Quando sono legate a un supporto, possono essere più leggere e flessibili. Gli autori hanno ottenuto una struttura più leggera aumentando la velocità di rilascio del filamento o diminuendo la temperatura di estrusione.
"Questo permette di risparmiare energia e di accelerare la crescita, prolungando la durata del sistema e aumentando le sue capacità di esplorazione ", spiega Emanuela Del Dottore, ricercatrice dell'IIT e prima autrice dell'articolo.FiloBot non è ancora in grado di passare autonomamente da un comportamento all'altro, pesando l'impatto della gravità e della luce sulla sua crescita. "L’autonomia totale è la prossima sfida che intendiamo affrontare", afferma Del Dottore. Mazzolai aggiunge che le piante artificiali in grado di intrecciarsi tra loro potrebbero aprire la strada a nuove applicazioni, come infrastrutture che si auto-costruiscono.
"Il lavoro del gruppo di Mazzolai sulla crescita di strutture robotiche attraverso la produzione additiva è unico e fonte di ispirazione per tutti noi", afferma Ian Walker, robotico dell'Università di Clemson negli Stati Uniti, il cui gruppo lavora anch'esso su robot bioispirati che crescono da soli. "Questo studio è un passo importante verso le applicazioni in ambienti esterni, che è l'obiettivo generale del nostro campo di ricerca".
