Rośliny, roboty oraz ludzie tworzą nowy innowacyjny ekosystem

Finansowany przez UE projekt flora robotica został rozpoczęty w 2015 roku przez interdyscyplinarny zespół badawczy, którego członkowie pochodzą z sześciu różnych instytucji z czterech różnych krajów. Prace zespołu są koordynowane przez Uniwersytet w Paderborn w Niemczech. Realizując projekt flora robotica chcemy, by roboty oraz rośliny tworzyły swoistą społeczność – system bio-hybrydowy, w którym oboje partnerzy są ze sobą silnie sprzężeni. Ustanawiamy nowe kanały komunikacji między robotami i roślinami by wpłynąć na ich wspólny rozwój w krótszej i dłuższej perspektywie czasowej.

Roboty instruują rośliny, w którą stronę mają kierować swój wzrost, a rośliny sygnalizują robotom swoje aktualne zapotrzebowanie na takie zasoby, jak woda czy światło. Komunikacja nie będzie wyłącznie domeną robotów i roślin – mieszkańcy również będą mogli włączyć się w dyskusję. I tak na przykład, roboty będą mogły nas poinformować o tym, że rośliny żyją w stresie lub też o niedoborze zasobów . W drugą stronę, my będziemy mogli za pośrednictwem robotów przekazać roślinom informację, że ich sposób wzrostu odpowiada, bądź nie, naszym potrzebom funkcjonalnym.

Inteligentne rośliny tworzą przestrzeń zdatną do życia

Zamiast zajmować się oddziaływaniami robot-roślina, znanymi choćby ze zautomatyzowanych szklarni, czy precyzyjnego monitoringu i rolnictwa, zamierzamy pozwolić robotom na takie działanie, które stale i trwale wpłynie na wzrost roślin i pobudzi je do nieszablonowego sposobu wzrostu. Na przykład, wykorzystując roboty do sterowania wzrostem i ruchami roślin spowodujemy, że bio-hybryda osiągnie zaplanowane przez nas kształty. Takie “inteligentne rośliny” pomogą nam w wytworzeniu technologii minimalizujących naruszenie równowagi środowiskowej przy kształtowaniu naszego otoczenia - powstaną żywe rosnące mury, meble, a nawet domy czy „ogrody społecznościowe”, które będą wspierać nasze życie w coraz bardziej ciasnych i zatłoczonych miastach. Flora robotica wytycza przyszłość obecnym trendom, takim jak ogrody miejskie, ogrodnictwo wertykalne oraz koncepcjom zielonych budynków czy infrastruktury. Ponadto, flora robotica pomoże ludziom lepiej zrozumieć rolę i funkcjonowanie ich własnych roślin. Wydaje się to dziś absolutnie niezbędne, jako że nasze społeczeństwa wciąż są zależne od roślin, o czym bardzo łatwo zapominamy. Mamy nadzieję, że powstała nowa jakość komunikacji ludzi z roślinami będzie takim skutkiem ubocznym projektu, który przyniesie dobroczynne skutki obu stronom.

Oryginalne wykorzystanie technologii i robotów 

Aby ustanowić kanały komunikacji między robotami a roślinami, łączymy ze sobą różnorodne detektory. Stosujemy dostępne technologicznie czujniki, takie jak detektor zbliżeniowy czy kamery. Niektóre z urządzeń są jednak tworzone przez nas od podstaw, m.in. detektor biomasy, który mierzy zmiany pól elektromagnetycznych, czujniki mierzące transpirację lub przepływ soków roślinnych. Nasze roboty-symbionty są nieruchome lub wolno się poruszające, co bardziej odpowiada tempu wzrostu roślin. Mimo to, mechanizmy kontrolujące pracę robotów są szybkie i umożliwiają efektywne wpływanie na życie roślin przy użyciu wysokowydajnych diod LED czy też bodźców mechanicznych. Wykorzystujemy zjawisko zwane fototropizmem, czyli zdolność roślin do wzrostu w zależności od oświetlenia. I tak, światło niebieskie sprawia, że rosną one w kierunku źródła światła. Z kolei daleka
czerwień, mieszcząca się pomiędzy widzialnym światłem czerwonym, a podczerwonym przyczynia się do wzrostu roślin od źródła światła. Podobnie, wykorzystanie bodźców mechanicznych, głównie wibracji, może ograniczyć wzrost roślin w określonej przestrzeni.

Jak dotąd, w naszych doświadczeniach wykazaliśmy współdziałanie robotów z różnymi gatunkami roślin, w tym z bambusem, fasolą, bananowcem, fikusami, pomidorami czy też rzeżuchą.

Flora robotica - zrobotyzowane rośliny oraz architektura adaptująca się do naszych potrzeb 

Poza celami typowymi dla działań inżynierskich, a więc maksymalizacją funkcjonalności, wydajności i wytrzymałości, flora robotica stawia sobie także inny cel: systemy architektoniczne, które będą otwarte i zdolne do przystosowania się i wykorzystania zasobów w sposób zrównoważony. Projekt flora robotica zaoferuje w przyszłości artefakty architektoniczne, które będą łączyć w sobie funkcjonalność z trwałym wzrostem organicznym oraz z symbiotycznym podziałem funkcjonalności między roślinami i technologią mechatroniczną.

W wyniku realizacji projektu powstaną nowe rosnące artefakty, systemy mechatroniczne, które nie są obecnie dostępne na rynku. Projekt ukaże również w nowatorski sposób rośliny jako detektory oraz urządzenia sterujace. Ostatecznym celem projektu jest połączenie ludzi, maszyn i roślin w jeden nowy, fascynujący, estetyczny, ale i funkcjonalny ekosystem.

Zespół flora robotica

W projekcie flora robotica swe siły połączyli specjaliści z różnych obszarów współczesnej informatyki, robotyki, biologii molekularnej i komórkowej, zoologii, mechatroniki i architektury. 

- Uniwersytet w Paderborn, Niemcy (Instytut Informatyki, Zespół Inteligencji Roju),
- Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu, Polska (Zakład Biologii Molekularnej i
Komórkowej),
- Centrum Techologii Informacyjnych i Architektury, Dania,
- Cybertronica Research, Niemcy,
- Uniwersytet IT w Kopenhadze, Dania (Laboratorium Robotyki, Ewolucji i Sztuki),
- Uniwersytet im. Karola Franciszka w Graz, Austria (Zakład Zoologii, Laboratorium Sztucznego Życia),

Ten projekt jest finansowany przez Unię Europejską w ramach programu Horyzont 2020 i innowacyjnego programu w ramach FET, umowa nr 640959.

Prof. Dr. Heiko Hamann, University of Paderborn, Germany (Institute of Computer Science, Swarm Intelligence Group)

Prof. dr hab. Przemysław Wojtaszek, Zakład Biologii Molekularnej i Komórkowej, Wydział Biologii, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu