api droni, scomparsa delle api

Api drone per contrastare la scomparsa delle api.

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Api drone introduzione per contrastare il fenomeno della scomparsa delle api

“Se le api dovessero scomparire, al genere umano resterebbero cinque anni di vita”.
Albert Einstein

Queste furono le parole usate dal grande fisico teorico tedesco per descrivere una delle situazioni quanto mai più moderne del nostro secolo.

Le api stanno morendo si cercano soluzioni con le api drone

In tutto il mondo, le statistiche e le informazioni al riguardo di tale ecatombe hanno raggiunto livelli allarmanti. In Italia, secondo le stime riferite al 2007 dell’Agenzia per la protezione dell’ambiente e servizi tecnici (Apat), il numero degli insetti si è dimezzato nell’arco di un anno. Una cifra spaventosa dai risvolti gravi, non solo a livello economico (i danni economici stimati per l’agricoltura e l’apicultura sono di circa 250 milioni di euro) ma anche ambientale.

I delicati equilibri dell’ecosistema e il ciclo naturale di crescita e impollinazione delle piante dipendono intimamente da diverse specie d’insetti ma in particolare da questi piccoli e operosi aculeati.

Il disastro interessa tutta l’Europa, con una perdita tra il 30% e il 50% del patrimonio di api ed è ancora più grave negli Stati Uniti, con punte anche del 60-70% in alcune aree per il fenomeno da spopolamento definito Ccd (Colony collapse disorder).

L’allarme negli USA è scattato già nel 2003 e da allora la strage continua inesorabile. Le ragioni di questa strage non sono ancora state chiarite con certezza o perlomeno nessuno è in grado di individuare un’unica causa. Si è ipotizzata l’esistenza di diverse concause che, combinate tra loro, stanno alterando il normale ciclo vitale dell’Apis Mellifera avendo come risultato la decimazione della popolazione.

L’inquinamento di aria, acqua e suolo e i cambiamenti climatici repentini e prolungati sembrano essere i maggiori responsabili del fenomeno, causando oltre che una modifica brutale allo stile di vita dell’insetto in questione anche un’influenza negativa sulla disponibilità e sulla qualità dei pascoli e dell’acqua.

Le maggiori responsabilità sono attribuibili all’inquinamento da fitofarmaci e da pesticidi come i neonicotinoidi a base di imidacloprid o il Gaucho della Bayer, come affermato già nel 2007 da Giorgio Celli, docente nell’Istituto di entomologia agraria Guido Grandi presso l’Università di Bologna e coordinatore del gruppo di ricerca sulle alternative ai pesticidi in agricoltura.

Altri emeriti scienziati imputano tale fenomeno alla crescita esponenziale dell’inquinamento elettromagnetico. Da anni è noto che le api, stordite e sviate dal segnale dei telefonini, perdano il senso dell’orientamento (Ferrari, 2014).

I cambiamenti climatici hanno per certo giocato un ruolo fondamentale nella morte delle popolazioni di api in tutto il mondo. L’andamento sempre più irregolare del clima comporta un’interruzione al flusso normale dei nutrienti necessari alle api per la loro crescita e sviluppo, indebolendo di conseguenza le difese dell’alveare.

La situazione ha del preoccupante ma la comunità scientifica non è rimasta con le mani in mano. Una possibile soluzione a tale fenomeno è stata presentata un anno fa dapprima dalla Warsaw University of Technology e poi successivamente sviluppata dalla National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) Nanomaterial Research Institute giapponese.

impollinazione artificiale api drone
Figura 2: Frammento di un bassorilievo di epoca assira (800 a.C.), conservato nel Museo delle Belle Arti di Boston (Samuel Hammer)

Entrambi gli istituti di ricerca stanno lavorando attivamente per lo sviluppo di piccoli droni, noti con il nome di B-Drone o B-Droid, capaci di aiutare le api e altre specie d’insetti nel loro lavoro d’impollinazione di diverse specie vegetali.

L’atto dell’impollinazione artificiale non è cosa nuova al mondo dell’uomo. I primi resoconti di tali pratiche si stimano intorno al 800 a.C., al tempo degli Assiri.

Queste antiche genti erano aduse impollinare a mano piante e fiori, come mostrato in un bassorilievo di quell’epoca conservato nel Museo di Belle Arti di Boston (Vedi: fig.2). Quasi 3.000 anni più tardi, l’impollinazione artificiale ha cambiato solo di forma ma il concetto è rimasto lo stesso. Prima si adoperavano le mani, presto si adopereranno i droni.

Api drone, il progetto originale

I primi prototipi di api drone o B- Droid erano diversi per natura e composizione ma la paternità ufficiale di tutti questi miracoli della robotica va attribuita all’Università di Varsavia e, in particolare, al professor Dalewski che per primo sviluppò il progetto di un’ape robotica.

Il progetto riguardante lo sviluppo di impollinatori meccanizzati partì originariamente da un team di ricercatori del Warsaw University of Technology (Università di Tecnologia di Varsavia), guidato da Rafal Dalewski dalla Faculty of Power and Aeronautical Engineering (Facoltà d’Ingegneria Aereonautica).

Il progetto iniziale delle api drone era stato inizialmente voluto e sovvenzionato della LEADER (acronimo dal francese Liaison entre actions de développement de l’économie rurale, Collegamento tra azioni volte allo sviluppo delle economie rurali), con lo scopo di sviluppare uno strumento meccanizzato per l’impollinazione artificiale delle piante (Autonomiczny układ do mechanicznego zapylania roślin).

Il finanziamento consisteva al tempo di circa un milione di zloty (1 Zloty polacco equivale a circa 0,28 centesimi di euro che al cambio attuale corrisponde a €233.740) con lo scopo finale del team di Dalewski di portare a termine un prototipo funzionante nell’arco di tempo di quattro anni.

Il risultato portato a termine dal team polacco fu lo sviluppo di due prototipi, testati e funzionanti: uno su ruote e l’altro montato su droni e munito di sistemi per il volo, il B-Droid o api drone.

Il lavoro venne portato a termine con successo da un’equipe ben assortita: al progetto lavorarono programmatori, ingegneri specializzati nell’aerodinamica, ingegneri meccanici, robotici, ricercatori software e periti informatici.

Api drone su ruote

La prima versione del dispositivo impollinatore automatizzato era ben lontano dalla forma aerodinamica ed elegante che prese in seguito. Si trattava di un robot su ruote, munito di un computer integrato ed un software programmato appositamente per controllarne il movimento e il protocollo d’impollinazione.

Ciò gli permetteva di svolgere i propri compiti in completa autonomia;

“Una volta fissato un target, si preme il bottone di start e lui va a lavorare”, spiega Dalewski in un’intervista rilasciata al PAP (Science and Scholarship in Poland News); “Il robot osserva il terreno utilizzando macchine fotografiche e controlla le immagini rilevate per verificare la presenza dei fiori nelle vicinanze.”

Inoltre, analizzando le immagini dalle telecamere, questo geniale congegno era capace di ricreare una mappa del terreno dettagliata e determinare la propria posizione in ogni momento.

Una volta individuato il fiore da impollinare, il software interno calcola l’esatta tipologia di protocolli meccanici da adoperare per tradurre la direttiva primaria in uno spostamento al millimetro verso il fiore bersaglio e in un armonico movimento di un apposito pennello realizzato in setole di animale o in cotone per la raccolta e lo spostamento del polline al fiore successivo che viene
rilevato.

La possibilità di monitoraggio di questo prototipo era totale, l’operatore al comando della meccanica era più che in grado di osservare in prima persona lo svolgersi del lavoro del B-Drone, seppur il protocollo e la direttiva base fossero completamente automatizzate.

B-Droid volanti

L’api drone volante, il B-Droid consiste di un quadri-rotore, il cui software è localizzato a terra in un computer secondario, in costante comunicazione con il sistema di volo del drone. Tutte le operazioni sono supervisionate dal computer esterno ma l’elettronica di bordo consente l’analisi e il trasferimento dei dati, tra le altre cose, oltre che l’atto fisico di trasportare il polline da un fiore all’altro.

Le immagini delle telecamere vengono utilizzati dal computer per pianificare il percorso migliore dell’api drone e farla “ronzare” di fiore in fiore. Una volta che si determina la loro posizione, così come la posizione stessa del drone, il percorso di volo viene tracciato e memorizzato dall’hardware interno della piccola ape robotica.

Tuttavia, il dispositivo di volo è molto più impegnativo in termini di navigazione e consuma più energia allo stesso tempo. La batteria di bordo consente solo un paio di minuti di volo, mentre la versione su ruote del B-Droid gestisce più di 2 ore.

Da allora, sono stati fatti passi da gigante nel campo della biorobotica atta all’impollinazione automatizzata. Tra i vari robot bio-ispirati in fase di sviluppo, i robot aerei rappresentano una classe della robotica emergente con l’aspettativa di risolvere i problemi derivanti dal declino globale nella popolazione di api. La potenza elettrica necessaria per il movimento di tali robot è tuttavia ancora fornita da un filo che deve rimanere sempre in contatto con il supporto adoperato.

Inoltre, la resistenza delle api drone aeree attualmente disponibili, diminuisce notevolmente con la perdita di scala. L’impollinazione pratica non è ancora stata dimostrata con i robot aerei attualmente disponibili. Le tecniche adoperate si sono evolute dalla semplice applicazione fisica del polline con il pennello o un tampone di cotone dal fiore maschile a quello femminile. Purtroppo, questo richiede molto tempo e fatica.

Un altro approccio sviluppato consisteva nell’usa di uno spruzzatore a canna di fucile e espulsore pneumatico. Tuttavia, questa l’impollinazione ha un basso tasso di successo per via del rischio di denaturazione di pollini e pistilli come risultato del forte contatto meccanico prodotto dalla macchina nell’espulsione a pressione.

Pertanto, si è preferito optare per lo sviluppo di materiali e tecnologie di bioingegneria capaci di imitare la funzionalità delle api naturali.

Innovazione del prototipo giapponese: ILG

Lo sviluppo di materiali di nuova generazione con cui implementare i prototipi di api drone da impollinazione già esistente è stato una delle innovazioni introdotte dagli scienziati e biomeccanici giapponesi.

Oltre a migliorare l’aerodinamica del prototipo e il design, hanno mandato avanti il già crescente interesse nel conferire le giuste proprietà fisico-chimiche anche ai materiali applicati ai droni in questione, con lo scopo di progettare robot ad alte prestazioni che presentino le caratteristiche e funzionalità desiderate.

I liquidi ionici in particolare mostrano grande potenziale per tale impiego in numerose applicazioni scientifiche e tecnologiche in vari campi. In particolare, i gel liquidi ionici (ILGs) presentano una conducibilità ionica univoca e le proprietà meccaniche, termiche ed ottiche desiderate, che li rendono molto promettenti per applicazioni di energia, inclusi dispositivi elettrochimici e celle
a combustibile.

Gli studi portati a termine dall’equipe di Svetlana A. Chechetka, Yue Yu, Masayoshi Tange e Eijiro Miyako (2017) avevano come obiettivo finale quello di sviluppare impollinatori innovativi utilizzando materiali compositi a base di ILG con varie funzionalità.

Combinando gel ILGs con insetti viventi e robot aerei si sono mossi i primi passi verso la creazione di ibridi funzionali per la realizzazione di un impollinatore artificiale pratico e funzionale.

Liquidi ionici composizione e caratteristiche

Sintesi di gel liquidi ionici (ILG)

gel per liquidi ioniciPer ottenere i ILG sono stati sviluppati alcuni gel per liquidi ionici; questi includono composti organici a basso peso molecolare, polimeri e materiali solidi.

Utilizzando un monomero vinilico ionico liquido e un cross-linker si è riusciti a gelatinare un liquido ionico mediante polimerizzazione.

Per raggiungere questo obiettivo, il team di Svetlana Chechetka ha sintetizzato un monomero 1-vinil-3-butilimidazolo esa-fluoro-fosfato [vbim][PF6 ] di liquido ionico, provvisto di un gruppo vinile che consente la polimerizzazione radicalica in 1-butil-3-metil-imidazolo esa-fluoro-fosfato [bmim][PF6 ] e di una componente TEGMA.

Il gel liquido ionico ILG è il risultato di una soluzione che può essere ottenuta per riscaldamento, utilizzando il perossido di benzoile (BPO) come iniziatore radicalico, o per irraggiamento, alla luce UV di lunghezza d’onda di 254-nm, utilizzando il 2-idrossi-2-metilproprio