Le premier robot-graine biodégradable imprimé en 3D

Une équipe de chercheurs du Bioinspired Soft Robotics (BSR) Lab, coordonné par Barbara Mazzolai, en collaboration avec l’université de Trente, a développé le premier robot en forme de graine, nommé I-Seed. Ce dernier est imprimé en 3D avec des matériaux biodégradables et peut explorer le sol en fonction de l’humidité, sans nécessiter de piles ou d’autres sources d’énergie externes.

Cette graine artificielle est capable de se transformer et de se déplacer de manière autonome. Elle présente des applications potentielles dans divers domaines, tels que la surveillance de l’environnement et la reforestation.

Un article de recherche décrivant le prototype a été publié dans la revue Advanced Science et a été largement couvert dans les médias. Ce résultat est issu du projet européen I-Seed, coordonné par l’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT), qui a pour objectif de créer des robots innovants inspirés des graines de plantes. Ces robots seraient capables de servir de capteurs pour surveiller la qualité du sol et de l’air, notamment la présence de polluants tels que le mercure, les niveaux de CO2, la température et l’humidité. Le projet I-Seed a été lancé en 2021.

La première I-Seed est inspirée de la structure hygromorphe de la graine d’un géranium sud-africain, le Pelargonium appendiculatum, qui peut changer de forme en réaction aux variations de l’humidité dans son environnement.

« Nos études sont parties de l’observation de la nature, dans le but d’imiter les stratégies des êtres vivants ou leurs structures et de les reproduire dans des technologies robotiques à faible impact environnemental en termes d’énergie et de pollution« , explique Barbara Mazzolai, directrice associée pour la robotique à l’IIT et coordinatrice du projet I-Seed financé par l’UE.

Les plantes sont une source d’inspiration constante pour le groupe de recherche du laboratoire IIT-BSR coordonné par Mme Mazzolai, qui est une pionnière dans ce domaine. Après avoir imité les stratégies de croissance et de mouvement des racines et des plantes grimpantes, le groupe s’est concentré sur l’étude des caractéristiques de mouvement et de dispersion des structures porteuses de graines typiques des gérianacées.

Lorsque les conditions environnementales adéquates sont réunies, ces graines se détachent de la plante et, exploitant les propriétés hygroscopiques des matériaux qui les composent, elles changent de forme et se déplacent de manière autonome pour explorer et pénétrer dans le sol, augmentant ainsi les chances de germination. Ce qui est intéressant pour les chercheurs, c’est que ces graines exploitent des tissus morts à base de cellulose, dépourvus de métabolisme et capables de se déformer, en exploitant uniquement les changements d’humidité de l’environnement.

En analysant ces tissus sur le plan histologique, les chercheurs ont reproduit la conception des graines en utilisant et en combinant des techniques d’impression 3D et d’électrofilage. Pour identifier la meilleure solution, différents matériaux aux caractéristiques adaptables à l’application souhaitée ont été testés, tels que des matériaux capables d’absorber l’humidité et de se dilater comme les nanocristaux de cellulose et l’oxyde de polyéthylène, couplés à des polymères biodégradables et thermoplastiques à base de polycaprolactone.

« Avec cette dernière recherche – a ajouté Mazzolai – nous avons encore prouvé qu’il est possible de créer des solutions innovantes qui non seulement ont pour objectif de surveiller le bien-être de notre planète, mais qui le font sans l’altérer« .

« Ces robots biodégradables et autonomes en énergie seront utilisés comme outils sans fil et sans batterie pour l’exploration et la surveillance des sols de surface. Cette approche bioinspirée nous a permis de créer des instruments peu coûteux qui peuvent être utilisés pour collecter des données in situ avec une résolution spatiale et temporelle élevée, en particulier dans les zones reculées où aucune donnée de surveillance n’est disponible« , a ajouté Luca Cecchini, doctorant à l’IIT en collaboration avec l’université de Trente et premier auteur de l’étude.

Légende : La première graine I-Seed créée à l’IIT s’inspire de la structure de la graine d’un géranium sud-africain, le Pelargonium appendiculatum, dont la capacité à changer de forme en réaction aux variations d’humidité du milieu environnant, appelée structure hygromorphe, est reproduite.

Crédit images / IIT-Istituto Italiano di Tecnologia