Il team del Disruptive and Sustainable Technologies for Agricultural Precision (DiSTAP), uno dei cinque gruppi di ricerca interdisciplinare del Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), ha realizzato un nuovo tipo di sensore ottico nanobionico. La tecnologia è in grado di riconoscere efficacemente la presenza di metallo pesante nell’ambiente sotterraneo.

La ricerca, apparsa sulla rivista Advanced Materials, è stata condotta da Tedrick Thomaso Salim Lew, laureato presso il MIT, in collaborazione con Michael Strano, professore di ingegneria chimica e ricercatore del DiSTAP, Minkyung Park e Leslie Jianqiao Cui, entrambe laureate al MIT.

“Questo nuovo sensore potrebbe cambiare le regole del gioco, poiché non solo è più efficiente in termini di tempo, ma anche più preciso e più facile da implementare rispetto ai metodi precedenti.”

Professor Michael Strano

L’arsenico è una delle sostanze colpevoli di maggiore contaminazione di alimenti vegetali e colture. La recente scoperta potrebbe rinnovare e apportare migliorie sostanziali alle attività di monitoraggio e controllo. I metodi convenzionali di campionamento esigono tempo e apparecchiature specifiche, mentre i nanosensori del team SMART agiscono in tempo reale e con strumentazioni economiche quali la piattaforma Raspberry Pi.

I nuovi sensori vengono incorporati ai tessuti vegetali, senza che essi subiscano alcun danneggiamento dall’operazione. In questo modo le piante stesse diventano rilevatori autoalimentati di arsenico, segnalandone la presenza attraverso un diverso livello di fluorescenza della nanotecnologia integrata.

I nanosensori ottici hanno permesso di individuare la presenza dell’elemento tossico in riso e spinaci, ma possono essere impiegati anche con diversi tipi di piante. Utilizzando la felce Pteris cretica, specie ipersensibile all’arsenico, il team ha inoltre realizzato un rilevatore in grado di percepire concentrazioni molto basse della sostanza, fino a 0,2 parti per miliardo, laddove il limite regolamentare era di 10 parti per miliardo.

Il mondo agricolo diventa sempre più 4.0, già lo scorso aprile ci siamo occupati del tema con un trattando i dati dell’Osservatorio Smart Agrifood del Politecnico di Milano. Il metodo scoperto dal team di ricercatori di SMART arriva a coniugare in modo impeccabile i potenziali di natura e tecnologia, accostando alle modalità di estrazione delle radici i sensori delle nuove nanoparticelle.

Appare sempre più rilevante la necessità di tracciare gli alimenti per provenienza e qualità, in particolare per segnalare eventuali pericoli di contaminazione. L’arsenico, penetrando nei corsi d’acqua sotterranei e nelle colture alimentari, può a lungo termine causare problemi seri di salute, tra cui lesioni cutanee, tumori e patologie cardiovascolari.

Thomas Selim Law si aspetta che i vantaggi apportati alle rilevazioni dai nanosensori a base vegetale in termini di tempo, costi e manodopera ne garantiranno ampio e proficuo utilizzo in ambito agricolo così come in altri settori.

L'articolo Nanosensori integrati alle foglie per rilevare l’arsenico nel terreno proviene da Osservatorio C Quadra.

Come? Grazie alla Manduca Sexta, ovvero una falena. Sembra impossibile ma il progetto di ricerca di cui Melanie Anderson (studentessa di Dottorato in Ingegneria Meccanica) è autore principale, deve le sue capacità di rilevare odori proprio alla falena.

“Utilizzando una vera antenna di falena, con Smellicopter siamo in grado di ottenere il meglio da due mondi: la sensibilità di un organismo biologico e la possibilità di controllare il movimento di una piattaforma robotica.”

Le falene, infatti, riescono a rilevare con le proprie antenne la presenza di sostanze chimiche nell’ambiente e muoversi verso cibo o potenziali compagni. Unire tali potenzialità a un piccolo drone manovrabile e in grado di evitare gli ostacoli, rende gli sviluppi futuri ancor più promettenti.

Ma vediamo come funziona, passo-passo. Gli insetti vengono anestetizzati nel frigorifero per poi procedere alla rimozione di una delle due antenne. Una volta prelevata, questa viene poi inserita su un piccolo drone quadricottero portatile e opensource e collegata a due piccoli fili a loro volta collegati ad un circuito elettrico.

Al drone, in grado di evitare ostacoli grazie a 4 sensori a infrarossi, sono poi state inserite due piccole ali di plastica sul retro in modo tale da creare resistenza e renderlo così funzionale anche nel vento.

Smellicopter è programmato per muoversi verso sinistra e verso destra fino ad individuare un odore ed andare quindi poi a dirigersi nella sua direzione. Non utilizza il GPS, bensì una fotocamera in modo molto simile a come gli insetti utilizzano i propri occhi.

Tutte queste particolarità lo rendono adatto all’esplorazione di spazi interni o sotterranei, a rilevare la presenza di sostanze chimiche nell’aria, per individuare sopravvissuti a disastri, fughe di gas, esplosivi, ecc.

I risultati sinora ottenuti sono stati pubblicati lo scorso ottobre sulla rivista IOP Bionspiration & Biomimetics.

Thomas Daniel, Professore di Biologia, coautore dell’articolo e co-supervisor della Dott.ssa Anderson, evidenzia come

“Le cellule in un’antenna di falena amplificano i segnali chimici. […]
Il processo derivante è così super efficiente, specifico e veloce”

Altri coautori del progetto sono Sawyer Fuller (Assistente Professore di Ingegneria Meccanica alla Università di Washington), Joseph Sullivan (studente di dottorato in ingegneria elettrica e informatica dell’UW), Timothy Horiuchi (Professore Associato di Ingegneria Elettrica e Informatica presso l’Università del Maryland).

La ricerca è stata finanziata dalla National Defence and Engineering Graduate Fellowship, la Washington Research Foundation, la Joan and Richard Komen Endowed Chair e infine l’Air Force Office of Scientific Research insieme all’Air Force Center of Excellence on Nature-Insired Flight Technologies and Ideas.

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