por Istituto Italiano di Tecnologia – IIT
Un grupo de investigación coordinado por Barbara Mazzolai en el IIT — Istituto Italiano di Tecnologia (Instituto Italiano de Tecnología) ha creado el primer prototipo de un velcro suave, biodegradable y soluble inspirado en la estructura de microganchos de las hojas de la planta «catchweed». (Galium aparine), para su uso en dispositivos de vigilancia y protección del medio ambiente y en agricultura de precisión. La investigación, publicada en la revista internacional Communications Materials, muestra cómo los micro-ganchos artificiales se pueden aplicar a una serie de dispositivos que, cuando se adhieren a las hojas de las plantas, actúan como una especie de yeso temporal, liberando sustancias beneficiosas al sistema vascular de la planta, o como clips inteligentes que comunican de forma inalámbrica información sobre el estado sanitario de las plantas de cultivo.
La investigación ha sido financiada con el apoyo de la National Geographic Society, y como parte del proyecto financiado con fondos europeos GrowBot, dedicado a la creación de nuevos robots inspirados en plantas trepadoras y del que Mazzolai es coordinador.
La planta trepadora Galium aparine, comúnmente conocida como «catchweed», ha desarrollado un mecanismo particular de anclaje parasitario que le permite trepar por encima de otras plantas a través de micro-ganchos en sus hojas. Estos ganchos le permiten anclarse en la superficie de otras plantas a medida que crece, explotándolas como soporte físico.
Los investigadores del IIT estudiaron la estructura de estos microanzuelos naturales tanto desde el punto de vista morfológico como biomecánico con el fin de reproducir artificialmente sus características. Los ganchos se realizaron con una impresora 3D de alta resolución, empleando una gama de materiales altamente resistentes y con características que se pueden adaptar a la aplicación relativa, por ejemplo a materiales fotosensibles o biodegradables hechos de isomalt, una sustancia similar al azúcar.
«Nuestros estudios siempre comienzan observando la naturaleza, buscando replicar las estrategias empleadas por los seres vivos a través de tecnologías robóticas de bajo impacto ambiental», comentó Barbara Mazzolai, Directora Asociada de Robótica en IIT y directora del Laboratorio de Robótica Suave Bioinspired IIT. «Con este último proyecto de investigación, hemos demostrado además que es posible crear soluciones innovadoras que no solo tienen el objetivo de monitorear la salud de nuestro planeta, en particular de las plantas, sino de hacerlo sin alterarlo».
La estructura de micro-gancho ha sido probada por sus capacidades de anclaje y ha demostrado ser capaz de adherirse sólidamente a una variedad de especies de plantas. Sobre la base de esta forma de velcro, los investigadores han creado una serie de dispositivos para utilizar en la agricultura de precisión y en la protección del medio ambiente.
Se ha diseñado una aplicación inicial para penetrar la cutícula de la planta de una manera apenas invasiva, lo que permite controlar y tratar las plantas. Al adherirse a la planta, los micro-ganchos de isomalt pueden conectarse con el sistema vascular de la hoja y, como la isomalt es soluble, disolverse en el interior. Esta aplicación permite utilizar los microanzuelos como yeso que puede liberar localmente sustancias beneficiosas, farmacéuticos, pesticidas o bactericidas sobre las hojas, optimizando el uso de los recursos naturales y reduciendo el uso excesivo de pesticidas, contribuyendo así a la protección de los ecosistemas. . Además, una vez aplicado, el yeso se disuelve evitando la generación de residuos.
«Estos microanzuelos son versátiles y nos han permitido crear una variedad de aplicaciones, además de presentar una patente», explicó Isabella Fiorello, investigadora del grupo de Mazzolai en el IIT de Génova y autora principal del proyecto. «Esta forma de anclaje se puede aprovechar para el monitoreo in situ del microclima de la planta, como la temperatura, la humedad y la luz, o para la liberación controlada de moléculas en el sistema vascular de la planta «.
En particular, se han ensamblado ganchos impresos con el uso de una resina fotosensible junto con electrónica y sensores de luz, temperatura y humedad dentro de un sistema unificado, creando clips inteligentes para el monitoreo inalámbrico de la planta por ambos lados de la hoja. Por último, de nuevo sobre la base de la misma estructura, los investigadores han ideado un sistema microrobótico capaz de utilizar micropasos para moverse sobre la superficie de las hojas.
