Barbara Mazzolai, biografia e teoria dei plantoidi: tutto sull’autrice

Quando osserviamo un albero, un fiore, un arbusto, li vediamo come un insieme di foglie e fiori, di rami, foglie e legno. Raramente, ci fermiamo a pensare che una pianta per vivere ha bisogno anche di un apparato radicale. Se abbiamo la fortuna di parlare con un giardiniere esperto, un botanico o un arboricoltore, questo ci spiegherà che le radici sono altrettanto importanti per un albero come la sua chioma e che sottoterra esiste un mondo che difficilmente riusciamo ad immaginare.

Ma cosa c’entra questo con Barbara Mazzolai? Barbara Mazzolai è il coordinatore del progetto europeo FET-Open PLANTOID, il quale approfondisce le conoscenze su di una nuova generazione di tecnologie ICT che hanno origine dalla forma e dalle funzioni delle radici delle piante, dotate di capacità fino a ieri impensabili, sviluppate  per controllare e esplorare l’ambiente nel quale si trovano. Vere e proprie piante robot.

Ma a cosa dovrebbe servire una pianta robot, visto che le piante non si muovono e non pensano? Una pianta vive in un modo diverso dal nostro ma nello stesso mondo. Dallo studio delle piante e di loro piccole particolarità, sono state trovate soluzioni a molti quesiti. Uno degli obiettivi dell’uomo nel prossimo futuro è l’esplorazione spaziale di nuovi pianeti. E se avessimo un robot che ci dice com’è fatto il terreno di questo nuovo mondo? Potrebbe fornirci molte informazioni utili sull’ambiente da esplorare.

I plantoidi, le piante robot di Barbara Mazzolai

Laureata in Biologia (MSC), all’Università di Pisa, ha poi conseguito un dottorato di ricerca in Microsystems Engineering, presso l’Università di Roma, Tor Vergata.

Barbara Mazzolai, in quanto biologa, ha da sempre studiato la natura e i suoi meccanismi. Dal suo approccio alla robotica, ha cercato di tradurre tali segreti in tecnologia utile. Il Plantoide ne è un esempio, un robot che fa crescere le proprie radici nel terreno. Analizza il suolo in cui si muove e fornisce informazioni sulla sua composizione, sulla presenza di acqua, umidità, gradiente elettrico, ecc..

Chi meglio delle piante riesce a carpire le informazioni su dove affonda le radici. Una pianta si muove lentamente, a differenza di un animale. Si adatta alle condizioni del luogo in cui nasce. Le radici non hanno una forma predeterminata, come l’arto di un animale. Crescono e si modificano in base a quello che incontrano sul loro percorso. Riescono ad accrescere le loro dimensioni con costanza, aggiungendo una cellula dopo l’altra, vincendo la forte pressione presente nel suolo. Come facciamo a capire come le radici si muovono se non possiamo osservarle nel loro ambiente naturale? I peli radicali sono talmente sottili che possono rompersi al contatto. Figurarsi estrarli integri dal suolo e vederli crescere in natura. La maggior parte delle piante si muovono molto lentamente, altre si muovono con scatti fulminei, come le piante carnivore. Queste, alle loro estremità, hanno dei sensori sensibili al tatto, che si attivano solo in determinate condizioni. Sono a tutti gli effetti delle macchine molto efficienti.

Questo è quello che Barbara Mazzolai, insieme ad altri scienziati, ha fatto e continua a fare. Studiare, comprendere e cercare di imitare i meccanismi della natura. Per raggiungere lo scopo, deve pensare ed agire come farebbe una pianta. La pianta non ha un centro di comando come il nostro cervello, ha un’intelligenza distribuita. Se in un animale viene danneggiato l’organo che coordina tutti gli altri, le conseguenze saranno irreparabili. Una pianta, se perde un ramo per un forte vento, ripara la ferita ed emette un nuovo germoglio che crescerà per sostituire la parte danneggiata. Quando tagliamo un prato, asportiamo gran parte della superficie fogliare dalle piantine di erba, eppure queste ricrescono regolarmente. Pensare alla robotica in questi termini è molto innovativo. Un robot che percepisce gli stimoli esterni, quali gravità, pressione, umidità, ostacoli e che reagisce in tempo reale. Elaborare algoritmi che imitano questi comportamenti non è semplice.

Se pensiamo alle esplorazioni spaziali, possiamo immaginare questi nuovi robot come organismi che esplorano il terreno in cui arrivano, lo analizzano e riescono ad ancorarsi ad esso nel modo migliore. Una radice fornisce nutrimento alla pianta ma è anche il suo sostegno primario, come i pilastri in un grattacielo.

Immaginate adesso la medicina. Oggi per fare alcuni interventi, è necessario incidere i tessuti organici. Domani potremmo avere un robot che analizza la superficie sulla quale viene applicato, reagisce di conseguenza e si fa spazio in essa senza danneggiarla, arrivando all’obiettivo prefissato. Oggi questo sembra un miraggio ma potrebbe essere realtà in un prossimo futuro.

La mano si chiude in un pugno, grazie a degli stimoli nervosi indotti da un comando del cervello ad una particolare esigenza. La pigna di un albero o di un arbusto si apre e si chiude per l’umidità , a causa di alcune proprietà che sono intrinseche alla materia che la compongono. Un’intelligenza diffusa, appunto. Barbara Mazzolai sta cercando di creare una macchina che abbia queste caratteristiche: una capacità cognitiva non centralizzata, che cresce mediante meccanismi nuovi, con bassi consumi di energia, che non inquina.

Nelle sue ricerche si è anche ispirata a degli animali che, per certi aspetti, sono simili alle piante: la medusa e il polpo. Per la loro struttura e composizione fisica, il cervello non riuscirebbe a coordinare l’intero organismo, se l’essere vivente non avesse un’intelligenza periferica interattiva con l’unità centrale.

Torniamo alle piante. In agricoltura come in giardino, sarebbe molto interessante sapere se il terreno nel quale vivono le piante è ricco o carente di elementi nutritivi ed eventualmente quali sono deficitari. Oppure conoscere se una falda acquifera presenta tracce di elementi inquinanti. A questo potrebbe servire la nuova generazione di robot alla quale appartiene il Plantoide. Gli studiosi del Centro di Micro-biorobotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia, che si trova a Pontedera, in provincia di Pisa, hanno costruito i primi precursori funzionanti, coordinati proprio da Barbara Mazzolai, ricercatrice e scienziata toscana.

Immaginate voi di convincere qualcuno a finanziare la vostra idea di costruire un robot che ancora non esiste e che all’apparenza non ha utilità. Questa la situazione nella quale i ricercatori si sono trovati inizialmente. Fortunatamente, qualcuno ha capito ed il progetto è decollato, con molte soddisfazioni.

Scoprire come le piante adottano i meccanismi di crescita delle radici, risparmiando energia è stata una grande scoperta da replicare nei robot con successo. Ma dove si trova il cervello del Plantoide? Nelle sue parti terminali, con numerosi sensori. E come possono crescere le radici in un robot? Mediante stampanti 3D piccole piccole. Il robot decide, in base alle informazioni registrate ed elaborate quanto deve crescere e in quale direzione.

A questo punto alla ricerca si sono aperte infinite possibilità:

• Superare ostacoli per l’esplorazione spaziale finanziati dall’Agenzia Spaziale Europea (ESA),
• Analizzare terreni per verificare la presenza di sostanze nocive in indagini di bonifica ambientale,
• Capire quali sostanza mancano nei campi coltivati e quali sono in eccesso,
• Creare robot in gradi di superare ostacoli impossibili, come per le piante rampicanti,
• Creare strumenti di indagine medica.

Pensate a cosa può fare lo studio di una semplice pianta di mais.