Per anni la robotica ha inseguito soprattutto un obiettivo: far funzionare le macchine meglio, più a lungo e in modo più efficiente. Oggi, secondo un team guidato da Barbara Mazzolai, Associate Director for Robotics e direttrice del Bioinspired Soft Robotics Laboratory dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova, non basta più.

Insieme a Mirko Kovac, Mazzolai ha firmato su Nature Machine Intelligence un manifesto che propone una nuova disciplina, la Sustainability Robotics, nata da anni di discussione all’interno della comunità della soft robotics sul ruolo che la tecnologia può giocare nell’aprire nuovi campi applicativi. Nella consapevolezza che la sostenibilità abbraccia le sfide ambientali, sociali ed economiche, dal cambiamento climatico all’assistenza sanitaria e all’istruzione.

Robotica bioispirata e sostenibile

Mazzolai si occupa da tempo di robotica bioispirata e sostenibile: prendere ispirazione dalla natura per realizzare robot da usare in ambienti naturali – dall’agricoltura di precisione alla riforestazione – sfruttando le capacità di adattamento degli esseri viventi per costruire macchine capaci di muoversi in contesti mutevoli. Ma il concetto di sostenibilità, spiega, riguarda anche il modo in cui questi robot vengono progettati: non devono produrre rifiuti quando terminano il loro ciclo di vita. È il “concetto di ciclo di vita del robot”, cioè considerare fin dalla progettazione il potenziale impatto sulla qualità ambientale.

Un passaggio chiave riguarda la distinzione terminologica tra “sustainable robotics” e “sustainability robotics“, che non è solo lessicale. La differenza sta nel momento in cui interviene la sostenibilità: non occuparsi del riciclo dopo che il robot è già stato prodotto, ma integrare la sostenibilità già nella fase di progettazione.

Questo approccio richiede una squadra multidisciplinare fin dall’inizio: non solo ingegneri, ma anche biologi e scienziati sociali coinvolti nella progettazione del robot. «Costruire un gruppo così eterogeneo, racconta Mazzolai, ha richiesto anni di lavoro all’interno dell’IIT, ma è da lì – sostiene – che bisogna partire, perché pensare fin da subito agli impatti sociali ed economici della tecnologia è essenziale. La tecnologia, inoltre, deve essere sostenibile nel senso di accessibile a più persone, solo così potremo avere benefici su larga scala».

Il manifesto, ribadisce Mazzolai, è il punto d’arrivo di oltre due anni di lavoro e di una discussione più lunga, che dura da anni, all’interno della comunità scientifica che si occupa di soft robotics.

«In Italia esiste una lunga tradizione di robotica industriale e meccatronica, ma solo di recente si è sviluppata anche la robotica per applicazioni in ambienti naturali e non strutturati, che pone problemi nuovi rispetto a quella industriale: non solo le prestazioni, ma anche la sostenibilità delle macchine e dei materiali con cui sono costruite».

Robot biodegradabili ispirati alle piante

Un esempio concreto di questa filosofia sono i robot completamente biodegradabili sviluppati di recente dal gruppo di Mazzolai per il monitoraggio ambientale.

«L’ispirazione arriva dalle piante e in particolare dai frutti secchi – spiega -. Strutture come le pigne, che non hanno un metabolismo ma si aprono per rilasciare i semi in risposta all’umidità dell’aria. Studiando questi modelli biologici, strutture “morte” che però si muovono seguendo i parametri ambientali, abbiamo iniziato a  progettare robot altrettanto “morti”, nel senso che non richiedono batterie: si muovono grazie ai soli fattori ambientali, in accoppiamento con sensori biodegradabili».

Su questa base sono nate anche piattaforme di rilevamento, aeree (droni) e terrestri, e sensori di origine vegetale in grado di cambiare colore in base alla concentrazione di nitrati, leggibili con una semplice telecamera ottica: una misura indiretta, necessaria finché non saranno disponibili batterie biodegradabili. Un traguardo che altri colleghi dell’IIT sperano di raggiungere nel prossimo futuro. L’obiettivo è un monitoraggio ambientale non invasivo.

«Si possono immaginare anche sistemi più complessi – prosegue – pur riconoscendo che realizzare, per esempio, un umanoide interamente biodegradabile resta un traguardo molto lontano. Ciò che conta – sottolinea – è la direzione: robot riciclabili, che non rilascino sostanze nell’ambiente, evitando di ripetere quanto accaduto in passato con gli elettrodomestici».

Comunicare oltre i paper

Il gruppo di Mazzolai ha già pubblicato numerosi articoli scientifici su questi temi, ma il manifesto apparso su Nature Machine Intelligence nasce da un’esigenza diversa: condividere il concetto alla comunità scientifica non attraverso un singolo paper, bensì come una cornice teorica condivisa. Un primo passo, non un punto di arrivo. «Il segnale è che il messaggio sta passando: sempre più gruppi di ricerca stanno lavorando su questi temi – puntualizza Mazzolai -. Ora che abbiamo pubblicato il manifesto, lavoreremo nella direzione di comunicare questo approccio anche al di fuori della comunità scientifica».

E la robotica medica?

I principi del manifesto potrebbero estendersi anche alla robotica medica. «Credo che la robotica medica sia uno degli ambiti in cui questi principi possano trovare applicazioni particolarmente interessanti» precisa Mazzolai. «La sostenibilità dovrebbe essere considerata fin dalla progettazione, valutando consumo energetico, materiali utilizzati, durata dei componenti, possibilità di sostituirli e gestione del sistema alla fine della sua vita operativa. Infatti, per i sistemi più grandi e complessi, come i robot chirurgici, la sostenibilità pone problemi diversi: durata, riparabilità, sostituzione dei singoli componenti, riciclo dei materiali e riduzione dei dispositivi monouso e dei rifiuti prodotti durante le procedure. Non significa quindi necessariamente rendere biodegradabile un robot chirurgico, ma progettare ogni tecnologia in funzione del suo uso e del suo intero ciclo di vita».

C’è poi il tema dell’accessibilità. Una tecnologia medica sostenibile dovrebbe poter portare benefici anche al di fuori degli ospedali più avanzati e dei Paesi più ricchi. «Progettare sistemi meno costosi, semplici da utilizzare e da mantenere può contribuire a rendere la robotica medica più accessibile e a ridurre, anziché aumentare, le disuguaglianze nell’accesso alle cure».

Parlando invece di dispositivi destinati a svolgere una funzione temporanea all’interno del corpo, materiali biodegradabili o bioassorbibili possono consentire al sistema di funzionare per il tempo necessario e poi degradarsi gradualmente, evitando, quando possibile, un secondo intervento per la rimozione. «È una direzione già esplorata nella microrobotica e nello sviluppo di sensori e dispositivi elettronici bioassorbibili, progettati per funzionare temporaneamente all’interno dell’organismo e poi degradarsi una volta concluso il proprio compito» conclude Mazzolai, sottolineando che si tratta di un ambito di ricerca particolarmente promettente.