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Intelligenza naturale

Medicina, archeologia, esplorazione spaziale: Barbara Mazzolai racconta tutti i campi dove robotica e tecnologia possono copiare “la natura geniale”

di Egle Damini

Barbara Mazzolai dirige il Centro di Micro-Biorobotica dell’Istituto Italiano di Tecnologia e si occupa di robotica bioispirata: progetta macchine che migliorano la vita prendendo ispirazione dalle piante. Nel 2015 ha ottenuto un finanziamento per la realizzazione del Plantoide: il primo robot al mondo che nel suo funzionamento imita il mondo vegetale.

L’intuizione di Barbara Mazzolai è di non guardare tanto alla velocità quanto all’efficienza e al dispendio intelligente dell’energia a disposizione, per applicazioni in campi che vanno dalla medicina all’archeologia. Con il suo primo libro “La natura geniale“, edito da Longanesi, ha raccontato cosa possiamo copiare da organismi privi di occhi e di possibilità di movimento per provare a salvare il nostro pianeta.

 

Barbara Mazzolai natura geniale intervista

Barbara Mazzolai © Vito Maria Grattacaso / LUZ

 

Barbara Mazzolai: cosa ci insegnano le piante?
Tanto, tantissimo. Nei miei studi sto notando due aspetti chiave: il primo è relativo al movimento. Le piante si muovono in maniera diversa dagli animali e si adattano al mondo in maniera plastica, cambiando continuamente la loro morfologia: questo significa avere capacità di percezione distribuita e una forma di intelligenza e di controllo diversa dalla nostra ma non meno efficace.

Il secondo aspetto?
Il secondo è quello energetico, un problema chiave sotto molti aspetti. In primis perché i robot non sono molto efficienti o lo sono per un tempo limitato. Gli organismi viventi invece se consumano troppo muoiono. È una legge della sopravvivenza e per le piante è ancora più importante, perché loro non possono spostarsi dal punto di germinazione, come invece fanno gli animali.

Quindi quali strategie hanno elaborato per vivere?
Per esempio hanno messo in atto una serie di strategie per essere molto efficienti ma consumare pochissimo, sfruttano l’ambiente e l’interazione con i cambiamenti di umidità o di temperatura. La dispersione dei semi nell’ambiente – da cui deriva la vita delle piante – è l’esempio perfetto di questi fenomeni passivi ma molto efficienti. Tutta l’intelligenza è a livello di design: l’energia ce l’hanno nel momento in cui progettano il tessuto, che è organizzato in un certo modo e che risponde esattamente a quelle condizioni di umidità e di temperatura grazie alle quali nascerà una nuova vita.

 

Sono elementi a cui possiamo ispirarci?
Esatto, anche in ingegneria potremmo inventarci materiali multifunzionali: robot in grado di interagire sempre di più nell’ambiente e con l’ambiente, per ridurre il consumo energetico.

 

La sua formazione è di biologa marina: tecnologia e biologia sono agli antipodi?
Assolutamente no, sono collegate tra loro da vantaggi reciproci. Per l’ingegnere è fondamentale conoscere la parte biologica soprattutto in vista di un’applicazione: la conoscenza del corpo umano per la parte medica e riabilitativa è fondamentale. Devo dire che però l’approccio più recente vede sempre più biologi fare ricorso ai robot per le loro ricerche, per validare ipotesi e realizzare modelli. Riuscire a quantificare dei fenomeni biologici utilizzando i robot è la parte che mi affascina di più, perché come biologa vedo le potenzialità della robotica e in generale dell’approccio bioingegneristico. 

 

Barbara Mazzolai natura geniale intervista

Barbara Mazzolai © Vito Maria Grattacaso / LUZ

 

Quali sono le applicazioni di questi robot?
Uno dei campi di maggiore sperimentazione è quello medico. Perché la robotica bioispirata è associata alla soft robotic: ovvero lo studio di nuovi materiali dotati di capacità sensoriali e di massima interazione con l’ambiente esterno. Una delle sfide dal punto di vista tecnologico è cambiare la rigidezza: per esempio creare nuovi endoscopi che si adattano al corpo senza creare danni e possano essere il meno invasivi possibili, ma i campi di applicazione sono molteplici.

Per esempio?
Tutti gli ambiti in cui serve un sistema che si adatta all’oggetto e non viceversa. Abbiamo il campo dell’esplorazione, in tutti i sensi: in primis il salvataggio dopo i disastri. L’idea è quella di ispirarsi alle radici delle piante per creare robot dotati di telecamere e sensori che possano muoversi agevolmente tra le macerie senza creare ulteriori danni. Ma anche l’esplorazione ambientale, che a me interessa particolarmente: creare dei robot che possano dare informazioni sulla qualità dell’ambiente in campo agricolo. Anche lo spazio è un altro ambito a cui guardiamo – con tempi di sviluppo molto più lunghi – ma è decisamente interessante, e infine anche l’archeologia. In generale l’idea è quella di creare delle tecnologie nuove, adatte a muoversi in questi contesti che noi chiamiamo “non strutturati”.

 

Imparando dalla “natura geniale”
Quello delle piante è tutto un altro modo di vedere e ispirandoci a loro potremmo davvero generare dei nuovi campi applicativi che al momento possiamo solo in parte immaginare.

 

Il mondo scientifico come ha accolto il suo modello?
All’inizio è stato difficile. C’era un enorme pregiudizio nei confronti del modello che proponevo. Quando si parla di robotica vengono subito in mente movimento, interazione, controllo e vari livelli di intelligenza: tutte caratteristiche che non vengono attribuite a una pianta. Quando ho cominciato a proporlo nella mia comunità di robotici spesso vedevo degli sguardi perplessi e il massimo della gentilezza che ottenevo era quando mi dicevano: “Ci sono già dei modelli nel mondo animale, come per esempio le talpe”. Ma è completamente diverso. 

Perché?
La pianta è l’organismo più adattato, soprattutto se si parla di suolo. La mia idea iniziale era di creare un robot autonomo per il monitoraggio del suolo e le radici, da questo punto di vista, sono perfette. Sono in grado di creare delle reti: è come avere uno sciame sotterraneo che esplora e riporta materiale e informazioni alla parte superiore, quindi c’è anche l’importante fattore di mutualità e comunicazione tra la parte radicale e la parte aerea. 

 

Barbara Mazzolai natura geniale intervista

Barbara Mazzolai © Vito Maria Grattacaso / LUZ

 

L’idea è nata dall’osservazione delle radici?
Sì, più che da una specifica pianta sono partita dall’osservazione delle radici. Siamo abituati a dare un’importanza a volte esagerata alla velocità, ma tutto dipende da quello che deve fare un organismo e a volte la velocità non è un valore aggiunto. Per muoversi nel sottosuolo più si va veloce e più aumenta l’attrito, si “consuma” di più.

Il nuovo progetto GrowBot invece prende ispirazione proprio dalle piante rampicanti
L’approccio rimane lo stesso: studiare un modello di robot che si muove crescendo e nel frattempo esplora, questa volta però sono andata a scegliere una specie in particolare. La filosofia della pianta rampicante è bellissima: non crea un vero e proprio tronco, ma sfrutta la sua energia per andare più veloce delle altre e raggiungere per prima la luce. È una pianta molto competitiva e attua una serie di strategie per ancorarsi e raggiungere il suo scopo. 


Ecco perché crea viticci, spine e sistemi di adesione. Sono tutti meccanismi che la rendono molto sofisticata dal punto di vista della percezione tattile: stiamo parliamo di una pianta, quindi un organismo non munito di occhi, che sceglie il proprio supporto ideale. Imitandola potremmo quindi dotare i nostri robot di strategie completamente diverse da quelle animali, molto più efficaci. 

 

L’Italia da questo punto di vista è all’avanguardia?
Rispetto al nostro progetto di robotica bioispirata l’Italia è un’eccellenza. A livello strategico credo che convenga investire sempre di più su questa linea, perché è una delle massime voci di esportazione. 

 

Barbara Mazzolai natura geniale intervista

Barbara Mazzolai © Vito Maria Grattacaso / LUZ

 

Da piccola avrebbe mai pensato di fare questo?
In realtà nemmeno da grande ci avrei pensato… a volte me lo chiedo come sono arrivata fino a qui. L’unica cosa che davvero mi ha sempre accompagnata è la passione per la natura: da bambina al mare passavo ore a osservare pesci e altri animali. Devo molto anche a mio padre, che mi ha sempre sostenuta e condivide con me questa passione, quasi ossessiva, per l’osservazione minuziosa della natura che ci circonda. 

 

Questa è l’unica cosa che vedo come costante, non c’è stato un piano: per il resto ho seguito il mio istinto. Io non sono una che pianifica, vivo molto alla giornata, per cui non posso certo dire di aver fatto un piano in questo. Ho solo seguito le mie passioni.

 

Cosa ama di più del suo lavoro?
Anche ora che studio con occhio ingegneristico sono sempre molto vicina al mondo della natura. Andare nel profondo a capire il sistema che interagisce con l’ambiente: è questo l’aspetto della biomeccanica che più mi affascina. C’è sempre qualcosa che non sai, c’è sempre qualcosa che non capisci e che devi studiare. 

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