O primeiro robô de sementes biodegradáveis ​​impresso em 3D, capaz de mudar de forma em resposta à umidade

Foi desenvolvido um robô com a forma de uma semente e a capacidade de explorar o solo com base nas mudanças de umidade. É feito de materiais biodegradáveis ​​e capaz de se mover dentro do ambiente circundante sem a necessidade de baterias ou outras fontes externas de energia.

Estas são as principais características do primeiro I-Seed, o primeiro robô-semente impresso em 3D criado no Istituto Italiano di Tecnologia (IIT-Italian Institute of Technology) em Gênova, pelos pesquisadores do Bioinspired Soft Robotics (BSR) Lab coordenado por Barbara Mazzolai, em colaboração com a Universidade de Trento. A semente artificial é capaz de se transformar e se movimentar no ambiente de forma autônoma, podendo ter aplicações em diversas áreas, desde o monitoramento ambiental até o reflorestamento.

O trabalho de pesquisa que descreve o protótipo foi publicado em ciência avançada e destaque em sua capa. O resultado tem origem no projeto europeu I-Seed, coordenado pelo IIT, que tem como principal objetivo criar robôs inovadores inspirados em sementes de plantas e capazes de atuar como sensores para monitoramento de parâmetros de qualidade do solo – incluindo a presença de poluentes como o mercúrio – e do ar métricas, como CO₂ níveis, temperatura e umidade. O projeto I-Seed começou em 2021.

O primeiro I-Seed é inspirado na estrutura da semente de um gerânio sul-africano, o Pelargonium appendiculatum, cuja capacidade de mudar de forma em reação às variações de umidade no ambiente circundante – a chamada estrutura higromórfica – é replicada.

“Nossos estudos partiram da observação da natureza, com o objetivo de imitar as estratégias dos seres vivos ou de suas estruturas e replicá-las em tecnologias robóticas com baixo impacto ambiental em termos de energia e poluição”, explica Bárbara Mazzolai, Diretora Associada de Robótica da do IIT e coordenador do projeto I-Seed.

As plantas são uma fonte constante de inspiração para o grupo de pesquisa do Laboratório do IIT-BSR coordenado por Mazzolai, que é pioneiro na área. Depois de imitar as estratégias de crescimento e movimento das raízes e plantas trepadeiras, o grupo se concentrou em estudar as características de movimento e dispersão das estruturas de transporte de sementes típicas das plantas Gerianaceae.

Quando ocorrem as condições ambientais adequadas, essas sementes se desprendem da planta e, aproveitando as propriedades higroscópicas dos materiais que as compõem, mudam de forma e se movem de forma independente para explorar e penetrar no solo, aumentando assim a chance de germinação. O que os pesquisadores acham interessante é que essas sementes exploram tecidos mortos à base de celulose que não têm metabolismo e são capazes de se deformar, explorando apenas as mudanças na umidade ambiental.

Ao analisar esses tecidos histologicamente, os pesquisadores replicaram o design da semente usando e combinando técnicas de impressão 3D e eletrofiação. Para identificar a melhor solução, foram testados diferentes materiais com características adaptáveis ​​à aplicação desejada, como materiais capazes de absorver umidade e expandir como nanocristais de celulose e óxido de polietileno, acoplados a polímeros biodegradáveis ​​e termoplásticos à base de Policaprolactona.

“Com esta última pesquisa, provamos ainda que é possível criar soluções inovadoras que não tenham apenas o objetivo de monitorar o bem-estar do nosso planeta, mas que o façam sem alterá-lo”, disse Mazzolai.

“Esses robôs biodegradáveis ​​e autônomos em energia serão usados ​​como ferramentas sem fio e sem bateria para exploração e monitoramento do solo superficial. Essa abordagem bioinspirada nos permitiu criar instrumentos de baixo custo que podem ser usados ​​para coletar dados in-situ com alto e resolução temporal, especialmente em áreas remotas onde não há dados de monitoramento disponíveis”, acrescentou Luca Cecchini, Ph.D. aluno do IIT em colaboração com a Universidade de Trento e primeiro autor do estudo.