Nei viali alberati delle nostre città si nasconde un flusso incessante di messaggi biochimici e impulsi bio-elettrici che la tecnologia moderna è oggi in grado di intercettare. Intercettare i segnali scambiati tramite l’elettricità delle piante è importante per monitorare il patrimonio verde urbano e proteggerlo dalle ondate di calore estreme.
Il monitoraggio d’avanguardia dei parchi cittadini ridefinisce la gestione forestale urbana, svelando la comunicazione invisibile degli alberi attraverso la tecnologia del phyto-sensing. I sistemi tradizionali intervengono solo quando il danno è visibile. Le più recenti ricerche, però, dimostrano che un arbusto emette variazioni e segnali elettrici ben 24 ore prima che le sue foglie mostrino i primi sintomi macroscopici di appassimento. Sfruttare questa finestra temporale permette di implementare interventi di irrigazione mirati, salvando fino all’80% delle nuove piantumazioni urbane che, altrimenti, soccomberebbero allo stress da trapianto o alla siccità.
La lingua elettrica delle piante
Per secoli, in assenza di una tecnologia che ne interpretasse il linguaggio, gli organismi vegetali sono stati considerati soltanto spettatori passivi degli ecosistemi. Al contrario, gli alberi utilizzano complessi sistemi di segnalazione interni. Questi sono basati su potenziali d’azione, onde di depolarizzazione chimica – del tutto analoghe agli impulsi che viaggiano lungo i neuroni del sistema nervoso animale – e variazioni di potenziale di membrana. Tutti questi segnali bio-elettrici si propagano, senza sosta, attraverso il sistema vascolare dello xilema e del floema, collegando rapidamente radici profonde e chioma.
Nel mese di giugno, quando il caldo si prende la scena, l’innalzamento repentino delle temperature e l’aumento del tasso di evapotraspirazione, rende il consueto chiacchiericcio elettrico all’interno dei boschi urbani, se così vogliamo definirlo, una vera e propria frenesia. Le variazioni di potenziale elettrico fungono da sistema di allarme interno. Quando le radici registrano carenza di umidità nel suolo, o subiscono l’attacco localizzato da parte di un insetto fitofago, di quelli che proliferano nella bella stagione, inviano macro-segnali elettrici, verso le foglie, per attivare risposte fisiologiche di difesa. La chiusura degli stomi per preservare acqua o la sintesi di tannini e composti repellenti sono i principali assetti difensivi vegetali.
Come funzionano i bio-sensori a contatto e i radar per alberi
Per captare questa rete di informazioni che si muovono su una sorta di linea wireless naturale, la bio-ingegneria ha sviluppato dispositivi di interfaccia sofisticati, capaci di operare a diretto contatto con i tessuti vegetali, senza alterarne le funzioni vitali.
Elettrodi nanoscopici e monitoraggio della linfa
I moderni dispositivi di phyto-sensing delle piante sono piuttosto avanzati. Fanno uso di micro-elettrodi nanoscopici, non invasivi, applicati delicatamente sulla corteccia del tronco, o lungo le nervature fogliari principali. Questi biosensori misurano in continuo le variazioni di impedenza elettrica del vegetale, un parametro strettamente correlato alla velocità del flusso linfatico, oltre che alla tensione idraulica interna ai vasi conduttori. I micro-impulsi elettrici grezzi registrati vengono digitalizzati e trasmessi in tempo reale. La loro lettura è piuttosto semplice: basta uno smartphone con l’adeguata app ed è possibile visualizzarli sotto forma di grafici al fine di esaminare lo stato di idratazione.
Un punto di riferimento globale, in questo settore, è rappresentato dalla startup olandese Plant-E. L’azienda sviluppa sensori in grado non solo di monitorare i parametri ambientali, ma anche di sfruttare l’energia elettrica prodotta, naturalmente, dall’interazione tra le radici delle piante e i microrganismi del suolo. Allo scopo di alimentare i moduli di trasmissione dati, fa uso di celle a combustibile microbiologiche vegetali, riducendo a zero l’uso di batterie chimiche in boschi e foreste.
Algoritmi AI per la traduzione dei biosegnali
Il segnale elettrico estratto da un albero è un tracciato estremamente complesso e rumoroso. Influenzato da molteplici variabili esterne (dal vento al calpestio del suolo, fino all’umidità dell’aria), va ripulito e filtrato. A questo punto, i dati vengono elaborati da sofisticati algoritmi di intelligenza artificiale. In seguito a questo step, si possono isolare i messaggi più significativi.
I modelli di machine learning confrontano i pattern di variazione elettrica con database specifici, suddivisi per specie arborea. Un simile livello di analisi consente all’intelligenza artificiale di distinguere con precisione tra un grido di sete dovuto allo stress idrico del bosco e una reazione innescata da un insetto invasore, o da un danno meccanico alla corteccia. L’elettricità delle piante permette ai tecnici forestali di intervenire con la cura corretta.
Dal bosco verticale alle smart cities: l’elettricità delle piante e il futuro dell’Internet of Trees
L’integrazione delle tecnologie per il monitoraggio vegetale all’interno dell’architettura metropolitana sta dando vita a un’infrastruttura di rilevazione distribuita che trasforma il patrimonio verde in una sorta di rete senziente.
Le reti di alberi sentinella in città
All’interno dei moderni quartieri, progettati secondo i criteri della forestazione urbana, non è necessario sensorizzare ogni elemento vegetale. La pianificazione prevede l’installazione di una rete di alberi sentinella posizionati, strategicamente, nei diversi microclimi urbani. Monitorando costantemente un campione selezionato di piante ad alto fusto, i gestori del verde pubblico ottengono indicatori precoci e predittivi sulla salute climatica e lo stress ambientale dell’intero quartiere. In questo modo è possibile ottimizzare i turni di irrigazione delle autobotti comunali, prima che si manifestino patologie di massa ed eventuali morie di alberi.
Elettricità delle piante, etica e connessione
Monitorare l’elettricità delle piante, ed entrare a conoscenza di quanto stiano provando, non è soltanto un’applicazione pratica delle moderne tecnologie e delle attuali possibilità di connessione che ci dà modo di mettere il nostro ingegno al servizio della natura. Si tratta anche di uno sfruttamento etico della tecnica. È un modo grazie al quale usciamo dall’antropocentrismo che permea l’epoca in cui viviamo e facciamo un passo laterale, allo scopo di ascoltare e assistere il verde. Dopotutto, si tratta dell’agente che ci fornisce ossigeno, consentendoci, letteralmente, di respirare.
Visualizzazione dei dati per i cittadini
L’impiego e lo sfruttamento dei biosensori vegetali offrono straordinarie opportunità di inclusione sociale e sensibilizzazione ecologica. Sviluppare applicazioni per smartphone che mostrino graficamente lo stato di benessere degli alberi monumentali, nei parchi storici e in quelli cittadini, permette di avvicinare i residenti alla natura che li circonda. Visualizzare in tempo reale la sofferenza idrica di una pianta, durante un’ondata di calore estiva, aumenta la consapevolezza collettiva sull’importanza dell’acqua per la sua salute e sul valore ecosistemico della foresta urbana.
Integrazione con i sistemi antincendio
L’applicazione del phyto-sensing su larga scala non è ancora realtà. Quando lo sarà, agirà come un sistema di allerta precoce contro gli incendi boschivi nei parchi periurbani. Poiché lo stress termico estremo e la disidratazione dei tessuti provocano una variazione immediata, e anomala, dell’attività elettrica della pianta, la rete è in grado di rilevare l’anomalia termica ore prima della comparsa visibile del fumo o delle fiamme. Questo espediente può rivelarsi salvifico. Attivando automaticamente i sistemi di micro-irrigazione protettiva, o allertando le centrali di emergenza che presidiano l’area, è possibile preservare e proteggere la macchia come mai prima.
L’Internet of Trees e il mercato dei dati bio-ambientali
Entro il 2030, i dati generati dall’elettricità delle piante (l’intero universo di monitoraggio vegetale assume anche il nome inglese di Internet of Trees, a causa di un gioco di parole con l’Internet of Things) diventeranno un asset economico di fondamentale importanza, tanto per gli uffici di pianificazione urbanistica quanto per le compagnie assicurative. Conoscere l’esatta capacità di raffrescamento microclimatico di un filare alberato, oltre che il suo reale stato di salute, permette di mappare con maggiore precisione le isole di calore e di progettare nuove infrastrutture edili basate su dati biologici certi, riducendo i rischi di danni strutturali causati dal crollo di alberi malati durante eventi meteorologici estremi.
L’infrastruttura tecnologica e l’intelligenza artificiale
La scalabilità del sistema poggia sull’impiego di hardware a basso costo e ad alta efficienza energetica. Biosensori come quelli impiegati da Plant-e trasmettono i dati di telemetria sfruttando reti di comunicazione wireless a lungo raggio e basso consumo energetico. Il protocollo preferito è di solito quello Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) che viaggia in 5G. I dati confluiscono verso piattaforme Cloud dove gli algoritmi predittivi analizzano l’andamento temporale del segnale elettrico, incrociandolo con le previsioni meteo, così da automatizzare la manutenzione del verde senza doversi appoggiare sull’intervento umano diretto.
Modelli di business e impatto economico dell’elettricità delle piante
La sostenibilità finanziaria di progetti focalizzati sull’interpretazione dei segnali basati sull’elettricità delle piante è legata anche allo sviluppo di mercati di crediti di carbonio. Un bosco urbano monitorato stabilmente tramite tecnologie IoT e AI certifica, con precisione che possiamo definire assoluta, la quantità di anidride carbonica sequestrata dall’atmosfera. Si tratta di uno dei valori necessari ad attestare lo stato della salute forestale grazie all’AI.
Questa trasparenza ecologica permette alle amministrazioni pubbliche di stipulare partnership pubblico-private con aziende terze interessate a finanziare la manutenzione del verde cittadino. In cambio di questo impegno, le realtà che si metteranno all’opera riceveranno crediti certificati e saranno in grado di compensare le proprie emissioni secondo la misura della carbon compensation, trasformando la gestione ambientale da voce di costo a risorsa economica.
