Utilizzare organismi viventi come biosensori naturali
La valutazione dello stato degli ambienti acquatici comporta solitamente la raccolta di dati attraverso sensori o l’analisi di campioni in laboratorio. Sebbene questi metodi tradizionali forniscano informazioni precise e facilmente quantificabili - come le concentrazioni di metalli pesanti, i livelli di clorofilla o la presenza di pesticidi - possono essere costosi e richiedere molto tempo. Ciò limita la loro idoneità per i programmi di monitoraggio a lungo termine.
Sistemi bioibridi e approcci di biomonitoraggio
Il progetto Robocoenosis(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha cercato di risolvere questo problema utilizzando organismi viventi, come cozze o pulci d’acqua, come sensori naturali. L’obiettivo era quello di incorporare questi organismi in dispositivi in grado di rilevare i cambiamenti ambientali e fornire un monitoraggio continuo e in tempo reale. «A differenza delle analisi chimiche periodiche, abbiamo pensato che il biomonitoraggio con organismi viventi potesse fornire una valutazione più integrata della qualità dell’acqua», spiega Wiktoria Rajewicz, membro del progetto Robocoenosis, della Università di Graz(si apre in una nuova finestra) in Austria. «Questo perché gli organismi rispondono all’influenza combinata di più fattori ambientali anziché a parametri isolati». Il team del progetto si è proposto di sviluppare sistemi bioibridi che si basano sugli approcci di biomonitoraggio esistenti e li migliorano. «Un progetto di questa portata comporta tentativi ed errori, e abbiamo sviluppato molti prototipi diversi», spiega l’autrice. «Abbiamo combinato i nuovi sviluppi dell’ingegneria, della biologia e della robotica e spesso abbiamo utilizzato approcci di pensiero fuori dagli schemi». Il team ha iniziato identificando gli organismi il cui comportamento poteva essere analizzato, classificato e collegato a influenze esterne. Sono stati quindi sviluppati prototipi integrati per catturare e registrare i dati, e da lì sono stati migliorati. Questi dispositivi bioibridi sono stati testati in vari ambienti d’acqua dolce e spesso condotti di notte per osservare meglio gli organismi planctonici che sono attratti dalla luce.
Monitoraggio accurato dei bacini d’acqua dolce
Questi esperimenti hanno contribuito a dimostrare che i robot bioibridi potrebbero effettivamente fornire un modo nuovo e conveniente per monitorare i bacini d’acqua dolce. «La combinazione di componenti all’avanguardia e la possibilità di monitorare l’acqua direttamente alla fonte sono risultati fondamentali», afferma la ricercatrice. «Questo metodo evita la necessità di mantenere le condizioni di laboratorio e offre un robusto sistema di rilevamento precoce». Il team è riuscito a dimostrare che, utilizzando e perfezionando i sensori basati sugli animali, è possibile ottenere analisi rapide e accurate dei dati ambientali. «La robustezza di questi sistemi risiede nel livello di analisi aggiuntivo che conduciamo con i dati grezzi», osserva. «Oltre a ottenere informazioni ambientali, otteniamo anche una visione dell’effetto netto dell’ambiente sugli organismi viventi».
Settori dell’acquacoltura, dei sensori e della robotica
Le fasi successive prevedono l’introduzione sul mercato delle tecnologie sviluppate e l’esplorazione delle possibilità commerciali. «Ciò permetterà a un pubblico più ampio di beneficiare dei nostri risultati e di contribuire potenzialmente alle attività di reporting e alle missioni di monitoraggio ambientale», osserva l’esperta. In effetti, il team di Robocoenosis ritiene che vi siano numerosi settori in cui questa tecnologia potrebbe rivelarsi preziosa. Tra questi, l’acquacoltura interna e marina, l’industria dei sensori e quella della robotica. Anche le autorità responsabili della sicurezza dei bacini idrici e i ricercatori di acqua marina e dolce potrebbero trovare utili questi dispositivi. «L’implementazione di questo sistema di misurazione potrebbe portare benefici alle missioni di monitoraggio a lungo termine degli habitat protetti, dove l’attività umana deve essere limitata», aggiunge. La buona notizia è che i progressi ottenuti con Robocoenosis saranno ora portati avanti in un progetto successivo finanziato dall’UE e intitolato BioDiMoBot. Il progetto perfezionerà ulteriormente gli strumenti robotici di facile utilizzo per fornire approfondimenti sulla salute ecologica.