La première graine artificielle fluorescente écologique pour surveiller la température du sol à l’aide de drones

Les chercheurs ont inventé un nouveau type de graine artificielle pour détecter les paramètres environnementaux sans impact sur la santé de l’environnement.

Le robot logiciel, nommé Acer i-Seed, s’inspire des graines naturelles d’Acer et peut surveiller la température du sol en devenant luminescent. Il est fabriqué dans un matériau biocompatible et compostable et a été réalisé avec des technologies d’impression 3D. Un drone peut être utilisé pour les répartir sur de grandes zones et étudier le terrain à distance.

Le nouvel Acer i-Seed a été décrit dans la revue Avancées scientifiques par le groupe de recherche dirigé par Barbara Mazzolai à l’Institut italien de technologie (IIT) de Gênes (Italie), en collaboration avec l’Institut Leibniz pour les nouveaux matériaux (INM), Sarrebruck, Allemagne.

La graine artificielle reproduit le comportement aérodynamique de la graine d’Acer campestre, une espèce d’Acer originaire d’Europe. À maturité, ces graines se détachent de la plante et sont emportées et dispersées par le vent sur de grandes distances.

Il est intéressant de noter que ces graines exploitent une conception aérodynamique particulière à une seule aile qui leur permet de tourner comme une pale d’hélicoptère en tombant. Cette autorotation diminue la vitesse de descente et permet aux graines de rester davantage dans l’air, augmentant ainsi les risques de dispersion par les rafales de vent. La même espèce de graine est peut-être celle qui a inspiré le génie Léonard de Vinci à rédiger sa « vite aerea ».

Les chercheurs de l’IIT travaillent dans le domaine de la robotique douce bio-inspirée, et après avoir imité les stratégies de croissance et de mouvement des racines, des plantes grimpantes et des graines de Géraniacées, le groupe s’est concentré sur l’étude des caractéristiques de vol et de dispersion des structures du graines d’Acer ailées.

“Cette étude démontre qu’imiter les stratégies ou les structures des êtres vivants et les reproduire dans les technologies robotiques sont des éléments clés pour obtenir une innovation à faible impact environnemental en termes d’énergie et de pollution”, a déclaré Barbara Mazzolai, directrice associée pour la robotique de l’IIT et directrice du laboratoire de robotique douce bioinspirée (BSR).

Après avoir analysé la morphologie, l’histologie et l’aérodynamique des graines naturelles, les chercheurs ont conçu et réalisé la graine artificielle biomimétique. Ensuite, ils ont développé un matériau biocompatible et compostable à base d’acide polylactique (PLA) dans lequel sont incorporées des particules de lanthanides fluorescentes non toxiques et sensibles à la température. Enfin, ils ont utilisé des technologies d’impression 3D pour fabriquer des graines artificielles luminescentes.

Les dépliants fluorescents ressemblant à des graines artificielles peuvent être déployés par des drones équipés de fLiDAR (fluorescence Light Detection and Ranging), permettant une surveillance à distance et distribuée de la température du sol et d’autres paramètres. Les chercheurs ont déjà testé sur le terrain l’I-Seed Acer largué par un drone, démontrant sa faisabilité.

“Le fait de déplacer la détection dans le matériau évite les sources d’énergie et l’électronique, ce qui rend le dépliant écologique et robuste”, explique Tobias Kraus, qui dirige le développement des matériaux de détection du dépliant à l’INM, l’Institut Leibniz pour les nouveaux matériaux.

Bien que ces recherches se concentrent principalement sur la détection thermique, les chercheurs envisagent à l’avenir d’incorporer des particules fluorescentes sensibles à d’autres paramètres environnementaux importants, tels que l’humidité, le CO₂ niveau ou des polluants.

La prochaine étape sera de collaborer avec les entreprises intéressées pour utiliser ces nouveaux robots logiciels, les Acer i-Seeds, dans des zones plus vastes, telles que les terrains agricoles, pour une analyse environnementale distribuée, simultanée, sans fil et respectueuse de l’environnement.