Dalle api che sfruttano le interazioni elettrostatiche per raccogliere e far aderire il polline, fino alle piante capaci di accumulare sulla superficie delle foglie le cariche generate dal vento o dalla pioggia: in natura i campi elettrici rappresentano un “linguaggio invisibile” attraverso cui animali e vegetali interagiscono con l’ambiente circostante. Una capacità straordinaria che oggi apre scenari del tutto inediti per la bioingegneria e la robotica del futuro.
A lanciare questa idea sulle pagine della rivista Nature Reviews Bioengineering sono tre scienziati dell’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa: Giulia Raffaele, Donato Romano e Fabian Meder. Gli studiosi hanno introdotto il concetto di elettroecologia, ovvero lo studio dei campi elettrici che molti organismi generano, percepiscono o utilizzano per orientarsi, comunicare e interagire nei propri ecosistemi.
Fino a oggi, la ricerca scientifica si è concentrata prevalentemente sull’elettrofisiologia, cioè sui segnali elettrici interni che regolano l’attività di cellule e tessuti. L’elettricità ambientale e il suo ruolo fondamentale nelle dinamiche ecologiche sono invece rimasti una dimensione ampiamente inesplorata. Capire e replicare questi meccanismi naturali offre una grande opportunità per la progettazione di robot bioispirati, sensori avanzati, sistemi di energy harvesting e piattaforme bioibride ad altissima efficienza e a basso consumo energetico.
“La sfida – dichiara Donato Romano, professore associato presso l’Istituto di BioRobotica della Scuola Sant’Anna – non è semplicemente aggiungere un nuovo sensore ai robot, ma ripensare il modo in cui una macchina entra in relazione con un ecosistema. Dagli animali capaci di interpretare segnali elettrici alle comunità microbiche che scambiano elettroni con l’ambiente, la natura mostra che percezione, metabolismo ed energia possono convergere nello stesso processo: un principio guida per dispositivi bioibridi più autonomi, efficienti e integrati nei sistemi naturali“.
Tra le direzioni di ricerca più promettenti vi è l’esplorazione delle biointerfacce naturali, al centro di studi di frontiera come il progetto ERC EpiC (finanziato dal Consiglio Europeo delle Ricerche).
“La superficie delle piante crea un’enorme biointerfaccia sul nostro pianeta e tante interazioni che avvengono lì non sono ancora ben comprese, soprattutto il ruolo delle cariche elettriche che si formano su questa superficie, come studiamo nel nostro progetto ERC EpiC – commenta Fabian Meder, professore associato presso l’Istituto di BioRobotica della Scuola Sant’Anna -. Stiamo cercando di capire come poter misurare queste cariche invisibili, ma anche come utilizzarle in sistemi bioibridi, per esempio come fonte di energia“.