Un finanziamento europeo da 1,99 milioni di euro, cinque anni di ricerca e una disciplina che non esisteva formalmente in bioingegneria: l'elettroecologia. E' la traiettoria che tre ricercatori dell'Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa hanno tracciato sulle pagine di Nature Reviews Bioengineering, spostando l'attenzione dagli impulsi elettrici interni alle cellule ai campi elettrici che api, piante e microbi usano per parlare con l'ambiente.
Il paper Nature che rinomina un intero campo
Il contributo, firmato da Giulia Raffaele, Donato Romano e Fabian Meder, arriva su una delle riviste più selettive della bioingegneria. Non descrive un robot già costruito ma un programma: sistematizzare gli studi sui campi elettrici ambientali e usarli come principio di progettazione. Le api caricano elettrostaticamente i granuli di polline per farli aderire, le foglie accumulano cariche generate da vento e pioggia, alcuni pesci si orientano grazie ai campi generati dai propri muscoli. Fenomeni che fino a oggi la letteratura trattava come curiosità separate.
La differenza rispetto all'elettrofisiologia classica, ricordano gli autori, è netta: quella studia i segnali interni a cellule e tessuti, mentre l'elettroecologia guarda a cosa succede fra un organismo e il suo ecosistema. Un cambio di prospettiva che sposta i sensori dal laboratorio al campo aperto e apre la porta a dispositivi che non si limitano a leggere l'ambiente ma vi partecipano attivamente.
1,99 milioni Erc al progetto EpiC: cosa finanzia davvero
Il dato che nessuno ha collegato al paper è che Meder, uno dei tre autori, è già titolare di un progetto EpiC finanziato dall'ERC Consolidator Grant 2023 con dotazione di 1,99 milioni di euro e durata quinquennale (2024-2029). L'obiettivo dichiarato: capire come la superficie delle foglie si carica per attrito con pioggia e materiali che vi cadono sopra, e verificare se quella carica possa alimentare dispositivi artificiali senza sottrarre energia alla pianta ospite.
Il perimetro applicativo indicato dal grant è concreto: environmental sensing, soft robotics, foglie artificiali energy-autonomous, reattori sintetici. La logica è quella dei sistemi bioibridi, in cui il dispositivo condivide funzioni con l'organismo ospite invece di sostituirlo. I Consolidator Grant selezionano ricercatori con 7-12 anni di esperienza post-PhD e sono il gradino più competitivo dopo lo Starting: assegnarlo a un principal investigator attivo in Italia è un indicatore di posizionamento del polo pisano nella biorobotica europea. Su fronti paralleli, altri gruppi italiani studiano robot che apprendono per curiosità e frontiere cliniche come il primo trapianto a cuore fermo in ASST Garda raccontano un ecosistema che spinge simultaneamente su bioibrido, robotica cognitiva e ingegneria dei tessuti.
Cosa cambia per la robotica applicata
Tradotto in scenari pratici, un dispositivo elettroecologico rinuncia a batterie e sensori dedicati per attingere direttamente ai campi elettrici presenti in natura. Un drone che impollina una serra potrebbe caricarsi come fa un'ape; una sonda ambientale potrebbe misurare umidità del suolo e stress della pianta leggendo variazioni di carica su una foglia. Il team parla di dispositivi che 'percepiscono, metabolizzano ed energizzano' nello stesso ciclo, non in moduli separati, con evidenti ricadute su durata operativa e impronta ambientale.
L'idea intercetta il dibattito europeo sull'agricoltura di precisione e sul monitoraggio della biodiversità, dove finora sensori invasivi hanno creato problemi di accettazione sociale. Anche il rapporto culturale con gli insetti peserà sull'adozione di queste tecnologie: l'avversione europea agli insetti ha radici genetiche di 9.000 anni, un tema che chi progetta droni-impollinatori ispirati alle api dovrà affrontare quando questi dispositivi usciranno dal laboratorio verso serre e campi coltivati.
Con il grant già in tasca, cinque anni di finanziamento davanti e un team di dottorandi selezionato sotto il cappello dell'Istituto di BioRobotica, la scadenza operativa per vedere i primi prototipi elettroecologici funzionanti è il 2029. Se il programma manterrà le promesse, la parola 'elettroecologia' smetterà di essere un neologismo di rivista e diventerà una categoria di prodotto industriale.
Domande frequenti
Che cos'è l'elettroecologia e in cosa si differenzia dall'elettrofisiologia?
L'elettroecologia è una nuova disciplina che studia l'interazione tra organismi viventi e i campi elettrici presenti nell'ambiente, mentre l'elettrofisiologia si concentra sui segnali elettrici all'interno di cellule e tessuti. L'elettroecologia sposta quindi l'attenzione dai processi interni agli scambi tra organismo ed ecosistema.
Quali sono gli obiettivi principali del progetto EpiC finanziato dall'ERC?
Il progetto EpiC mira a comprendere come le superfici delle foglie si carichino elettricamente a causa di vento, pioggia e altri materiali, e a verificare se tali cariche possano alimentare dispositivi artificiali senza danneggiare la pianta. Gli ambiti applicativi includono il monitoraggio ambientale, la soft robotics e la creazione di dispositivi bioibridi autonomi.
Quali applicazioni pratiche potrebbero derivare dall'elettroecologia?
Le applicazioni pratiche includono droni che impollinano serre caricandosi come le api, sonde ambientali in grado di misurare umidità e stress delle piante tramite variazioni di carica sulle foglie e dispositivi bioibridi che condividono funzioni con gli organismi ospiti. Questi dispositivi potrebbero funzionare senza batterie, riducendo l'impatto ambientale e migliorando l'accettazione sociale.
Perché il finanziamento ERC Consolidator Grant è significativo per la Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa?
Il finanziamento ERC Consolidator Grant, di 1,99 milioni di euro per cinque anni, rappresenta uno dei riconoscimenti più competitivi in Europa per ricercatori con 7-12 anni di esperienza post-PhD. La sua assegnazione a un progetto della Scuola Superiore Sant'Anna evidenzia il posizionamento di eccellenza dell'istituto nella biorobotica europea.
Quando si prevede la realizzazione dei primi prototipi elettroecologici funzionanti?
La scadenza operativa per realizzare i primi prototipi funzionanti di dispositivi elettroecologici è fissata per il 2029, al termine dei cinque anni di finanziamento previsti dal progetto EpiC.
Quali sono le principali sfide culturali e sociali legate all'adozione di tecnologie elettroecologiche?
Tra le principali sfide vi sono l'accettazione sociale di dispositivi ispirati agli insetti, specie in Europa dove esiste un'antica avversione culturale verso di essi, e la necessità di sviluppare tecnologie non invasive per l'ambiente. Affrontare questi aspetti sarà cruciale per il successo e la diffusione delle soluzioni elettroecologiche.
