18.01.2023 | Comunicazione ETH | News WSL
I ricercatori del Politecnico di Zurigo e dell'istituto di ricerca WSL hanno sviluppato un dispositivo volante che può atterrare sui rami degli alberi per prelevare campioni. Si apre così una nuova dimensione per gli scienziati, finora riservata agli arrampicatori spericolati.
Gli ecologi utilizzano sempre più spesso le tracce di materiale genetico lasciate dagli organismi viventi nell'ambiente, chiamate DNA ambientale (eDNA, da environmental DNA), per catalogare e monitorare la biodiversità. Sulla base di queste tracce di DNA, i ricercatori possono determinare quali specie sono presenti in una certa area.
Ottenere campioni dall'acqua o dal suolo è facile, ma altri habitat, come le chiome delle foreste, sono di difficile accesso. Di conseguenza, molte specie rimangono non rintracciate in aree poco esplorate.
I ricercatori del Politecnico di Zurigo e dell'Istituto federale di ricerca per la foresta, la neve e il paesaggio WSL e l'azienda SPYGEN hanno collaborato per sviluppare und drone in grado di raccogliere autonomamente campioni sui rami degli alberi.
Come il drone raccoglie il materiale
Il drone è dotato di strisce adesive. Quando il velivolo atterra su un ramo, il materiale del ramo si attacca a queste strisce. I ricercatori possono in seguito estrarre il DNA in laboratorio, analizzarlo e assegnarlo alle corrispondenze genetiche dei vari organismi utilizzando dati comparativi disponibili in database scientifici.
Ma non tutti i rami sono uguali: variano in termini di spessore ed elasticità. Inoltre, i rami si piegano e rimbalzano quando un drone vi atterra sopra. Programmare il velivolo in modo che possa avvicinarsi autonomamente a un ramo e rimanere stabile su di esso per un tempo sufficiente a prelevare campioni è stata una sfida per i tecnici.
"Atterrare sui rami richiede un controllo complesso", spiega Stefano Mintchev, professore di robotica ambientale al Politecnico di Zurigo e al WSL. Inizialmente, il drone non sa quanto sia flessibile un ramo, quindi i ricercatori lo hanno dotato di una gabbia capace di rilevare la forza esercitata. Il drone misura questo fattore e ne tiene conto per sua manovra di volo.
Breve video sul drone (in tedesco)
Preparazione nella foresta pluviale dello zoo di Zurigo
I ricercatori hanno testato il loro nuovo dispositivo su sette specie arboree. Nei campioni hanno trovato il DNA di 21 gruppi distinti di organismi, o taxa, tra cui uccelli, mammiferi e insetti. "È un dato incoraggiante, perché dimostra che la tecnica di raccolta funziona", afferma Mintchev, coautore dello studio appena pubblicato sulla rivista Science Robotics.
I ricercatori vogliono ora migliorare ulteriormente il loro drone per prepararlo a una competizione in cui l'obiettivo è individuare il maggior numero possibile di specie diverse in 100 ettari di foresta pluviale a Singapore in 24 ore.
Per testare l'efficienza del drone in condizioni simili a quelle che sperimenterà alla competizione, Mintchev e il suo team stanno attualmente lavorando nella foresta pluviale Masoala dello Zoo di Zurigo. "Qui abbiamo il vantaggio di sapere quali specie sono presenti, il che ci aiuterà a valutare meglio quanto siamo accurati nel raccogliere tracce di eDNA con questa tecnica o se ci manca qualcosa", dice Mintchev.
Per questo evento, tuttavia, il dispositivo di raccolta deve diventare più efficiente e muoversi più velocemente. Nei test condotti in Svizzera, il drone ha raccolto materiale da sette alberi in tre giorni; a Singapore, deve essere in grado di volare e raccogliere campioni da un numero di alberi dieci volte superiore in un solo giorno.
La raccolta di campioni in una foresta pluviale naturale, tuttavia, presenta ai ricercatori sfide ancora più maggiori. Le piogge frequenti lavano via l'eDNA dalle superfici, mentre il vento e le nuvole impediscono il funzionamento dei droni. "Siamo quindi molto curiosi di vedere se il nostro metodo di campionamento si dimostrerà valido anche in condizioni estreme ai tropici", afferma Mintchev.
Contatto
Pubblicazioni
Aucone, E.; Kirchgeorg, S.; Valentini, A.; Pellissier, L.; Deiner, K.; Mintchev, S., 2023: Drone-assisted collection of environmental DNA from tree branches for biodiversity monitoring. Science Robotics, doi: 10.1126/scirobotics.add5762
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