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Piante elettroniche: creata con la Bioelettronica la prima rosa


Piante elettroniche dall’elettronica organica:

Piante elettroniche: Una rosa o altre piante superiori (ossia le piante più evolute, con un corpo differenziato in radici, fusto e foglie) potrebbero condurre l’elettricità? Generalmente i mondi dell’elettronica di consumo e della botanica non si sovrappongono. Tuttavia, i ricercatori dell’Università Linköping, Svezia sono riusciti a fondere insieme biologia ed elettronica in un nuovo dispositivo bioelettronico.

Immagine 1 (in copertina)- La rappresentazione tenta di mostrare l’integrazione di circuiti elettronici stampati in una rosa. Credits: Linköping University

La svolta è arrivata quest’anno in un laboratorio nel sud della Svezia. Il team di ricercatori guidati da Magnus Berggren, professore di elettronica organica presso l’Università di Linköping, è riuscito a costruire un circuito elettronico funzionante in una comune rosa utilizzando un polimero conduttivo, la base per le piante elettroniche.

Il lavoro di ricerca apre le porte all’elettronica inserita nelle piante.

I tessuti viventi sono noti per essere conduttivi e quelli delle piante non fanno eccezione. I ricercatori pensano che potrebbe essere possibile la realizzazione di celle a combustibile alimentate dalla fotosintesi clorofilliana.

Numerosi tentativi per creare delle piante elettroniche

Innanzitutto, i ricercatori hanno dovuto capire se fosse possibile far confluire l’elettronica nei tessuti di una pianta viva e in seguito hanno cercato il materiale conduttivo più adatto. Tale materiale doveva essere solubile in acqua, possedere una buona conducibilità elettrica ed essere in grado di diffondersi in tutto il sistema vascolare della pianta al fine di creare dei fili elettrici. Prima di giungere al risultato sperato, gli scienziati hanno fatto numerosi tentativi. Durante le prove alcuni materiali non sono riusciti ad aderire alla superficie interna del sistema vascolare delle rose (lo xilema), altri si sono rivelati tossici.

pianta elettronica

Fisiologia vegetale di base e analogia con l’elettronica. Credits: Science Advances. (A e B) Una pianta (A), ad esempio una rosa, è composta da radici, rami, foglie e fiori del tutto simili a (B) circuiti elettrici con contatti, punti di interconnessione, cavi e dispositivi. (C) La sezione trasversale di una foglia di rosa. (D) Sistema vascolare di uno stelo di rosa. (E) Strutture chimiche dei derivati del polimero PEDOT utilizzati.

Immagine 2 – Fisiologia vegetale di base e analogia con l’elettronica. Credits: Science Advances.
(A e B) Una pianta (A), ad esempio una rosa, è composta da radici, rami, foglie e fiori del tutto simili a (B) circuiti elettrici con contatti, punti di interconnessione, cavi e dispositivi. (C) La sezione trasversale di una foglia di rosa. (D) Sistema vascolare di uno stelo di rosa. (E) Strutture chimiche dei derivati del polimero PEDOT utilizzati.

Tessuti viventi conduttivi

Dopo i numerosi fallimenti i ricercatori hanno trovato il materiale adatto. Il PEDOT, o poli(3,4-etilendiossitiofene) [poly(3,4-ethylenedioxythiophene] è un classico polimero conduttore utilizzato nell’elettronica convenzionale. I ricercatori hanno immerso lo stelo di una rosa da giardino (Rosa floribunda) in una soluzione di acqua mista al polimero.

Durante un periodo compreso tra le 24 e le 48 ore, il polimero è stato assorbito dall’impianto vascolare della rosa e successivamente si è solidificato lungo le pareti interne dello xilema sotto forma di gel. Quando i ricercatori hanno rimosso il tessuto esterno della corteccia nella parte inferiore dello stelo hanno potuto vedere sottili fili scuri snodarsi lungo tutto il corpo della rosa.

Il dott. Eleni Stavrinidou, ricercatore post-dottorato che ha svolto gran parte del lavoro, ha mostrato alcune foto scattate al microscopio al prof. Berggren.

“Quando Eleni mi ha mostrato le foto scattate al microscopio, abbiamo capito subito che potremmo essere in grado di realizzare dei circuiti elettronici integrati nelle piante” scrive Berggren. Inoltre “Le prestazioni e la forma dei fili erano semplicemente eccezionali, incredibili” continua Berggren.

Gli scienziati hanno collegato degli elettrodi d’oro e delle sonde lungo tutto il corpo della pianta, alle estremità della rosa è stato collegato un resistore esterno ed è stata applicata una tensione elettrica.

Gli studi precedenti sull’elettronica organica

Il gruppo di ricerca svedese non è il primo ad effettuare degli esperimenti per connettersi alle piante. Nel 2012, un team di scienziati della Disney Research (la rete di laboratori di ricerca che supportano lo sviluppo tecnologico della Disney) guidato dal dott. Ivan Poupyrev ha collegato orchidee con una tecnologia di rilevamento in grado di misurare in che modo l’elettricità fluisce attraverso le piante. Il progetto, soprannominato Botanicus Interacticus, ha permesso agli scienziati di monitorare e visualizzare i movimenti di una mano umana lungo il corpo delle piante. Al Massachusetts Institute of Technology, l’ingegnere chimico Michael Strano e il suo gruppo di ricerca ha realizzato delle piante “Iron Man” attraverso delle nanomacchine di amplificazione della fotosintesi inglobate nei cloroplasti.

Primi passi nell’elettronica applicata alle piante

Nonostante la ricerca sulla rosa elettronica abbia mosso i primi significativi passi verso la trasformazione delle piante in sistemi elettronici, il dott. Strano suggerisce che l’esempio in questione non è il miglior esempio di un circuito elettronico vivente. Infatti le foglie e lo stelo della pianta sono state distrutti per compiere gli esperimenti: «entrambi i sistemi», sottolinea il ricercatore, «sono praticamente morti».

Ad ogni modo si tratta di una strada promettente nella direzione della bioelettronica. I dispositivi esistenti sono fatti da plastica derivata dal petrolio e utilizzano i metalli delle terre rare. Il dispositivo realizzato nel laboratorio di ricerca svedese non ha questi problemi.

«Si tratta di un passo nella direzione giusta per la tecnologia sostenibile» aggiunge il dott. Strano.

Scenari delle piante elettroniche

La rosa elettronica è «un altro sviluppo meraviglioso nel campo delle living technologies, ibridi composti da wetware (l’interazione tra il cervello umano e un software) e hardware», scrive Andrew Adamatzky,

professore di informatica non convenzionale presso il centro di informatica non convenzionale di Bristol, UK. In passato il ricercatore ha fatto degli esperimenti su delle piante di lattuga per cercare di capire come realizzare dei cavi elettrici utilizzando piante viventi.

Secondo Adamatzky questo lavoro apre le porte ad un nuovo mondo bizzarro:

«In un futuro molto lontano forse potremmo arrivare a coltivare computer vegetali nei nostri giardini.»

I ricercatori ipotizzano la creazione di vere e proprie “fabbriche” basate sulle piante: posizionando ad esempio dei sensori nelle piante e utilizzando l’energia prodotta tramite la clorofilla si potrebbero produrre nuovi materiali sostenibili.

Riferimento allo studio: Science Advances

Fonte in italiano Disqus

Piante elettroniche fonte originale

scarica l’abtract Electronic-plants (english pdf)

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