Miniaturizzare la vita: dalla cooperazione tra natura e tecnologia il più piccolo sistema biorigenerativo per applicazioni spaziali

Miniaturizzare la vita: dalla cooperazione tra natura e tecnologia il più piccolo sistema biorigenerativo per applicazioni spaziali

Un intero ecosistema vivente racchiuso in appena sei centimetri per lato e perfettamente integrato a bordo di un microsatellite: è questo il risultato di uno studio pubblicato sulla rivista scientifica Acta Astronautica, rivista ufficiale della International Academy of Astronautics, che presenta uno dei più piccoli e avanzati Bioregenerative Life Support Systems (BLSS) mai concepiti per applicazioni spaziali.
Il lavoro si inserisce nel progetto PRIN COSMIC - "COntrolled Space MIcroecological system supporting eCopoiesis", coordinato da Donato Romano, professore associato presso l'Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant'Anna di Pisa, che è anche ultimo autore dell'articolo. Primo autore dello studio è Marco Griffa, dottorando presso lo stesso Istituto. Alla ricerca hanno contribuito anche il Gran Sasso Science Institute (GSSI) con il prof Adriano Di Giovanni, e altre istituzioni di ricerca nazionali e internazionali.

"Lo studio conferma la possibilità di sviluppare sistemi di supporto vitale biorigenerativi miniaturizzati, affidabili e sostenibili, pienamente compatibili con i requisiti delle moderne missioni spaziali. L'integrazione controllata di processi biologici e tecnologici rappresenta un elemento strategico per l'evoluzione delle future infrastrutture spaziali" dichiara Donato Romano.

Cosa sono i Bioregenerative Life Support Systems (BLSS)

I BLSS sono tecnologie spaziali che sfruttano organismi viventi e processi naturali per produrre e riciclare risorse essenziali come ossigeno, acqua e cibo, e rappresentano una delle soluzioni più promettenti per rendere sostenibili le missioni spaziali di lunga durata. In questo contesto, è stato sviluppato un sistema biorigenerativo miniaturizzato completamente funzionale, integrato all'interno di un CubeSat da 1U, rendendolo, allo stato dell'arte, il più piccolo sistema biorigenerativo mai realizzato per lo spazio.

La cooperazione tra natura e tecnologia per un microecosistema in grado di reagire agli stimoli ambientali

Il minuscolo habitat è un vero e proprio microecosistema vivo e attivo in cui convivono piante, piccoli artropodi del suolo, acqua e substrato. Il suo funzionamento è reso possibile da una stretta integrazione con l'elettronica di bordo: sensori miniaturizzati e sistemi di controllo monitorano costantemente parametri come composizione dei gas, illuminazione e condizioni ambientali, consentendo un'interazione continua tra la componente tecnologica e quella biologica. Per questo, il sistema può essere definito bionico, un esempio concreto di cooperazione tra natura e tecnologia.

Durante i test sperimentali a Terra, il microecosistema è rimasto completamente isolato per quattro mesi, operando come un sistema chiuso ma dinamico. Le misure hanno dimostrato la capacità del sistema di autoregolare l'anidride carbonica, seguendo cicli naturali legati alla fotosintesi e all'attività biologica. Il microecosistema non è quindi statico, ma risponde agli stimoli ambientali, si adatta e mantiene il proprio equilibrio.

Attraverso simulazioni dedicate, i ricercatori hanno inoltre verificato che il sistema è in grado di resistere alle condizioni tipiche di una missione spaziale, come le vibrazioni del lancio e l'ambiente orbitale. Questo apre la strada all'impiego di microecosistemi bioibridi come laboratori scientifici in orbita terrestre bassa, ospitati su satelliti di piccole dimensioni.

Le prospettive, non solo in ambito spaziale

Oltre al ruolo nei sistemi di supporto vitale, il microecosistema potrebbe funzionare come biosensore in orbita, monitorando in tempo reale gli effetti di radiazioni cosmiche, microgravità e variazioni del campo magnetico sugli organismi viventi. La miniaturizzazione estrema e l'integrazione tra vita ed elettronica aprono nuove prospettive per lo sviluppo di sistemi di supporto vitale intelligenti, sostenibili e scalabili.

Le ricadute di questo studio non si limitano allo spazio. Comprendere come sistemi bioibridi possano autoregolarsi in ambienti estremi offre spunti preziosi anche per applicazioni terrestri, dalla gestione sostenibile delle risorse allo sviluppo di nuove tecnologie ispirate all'interazione tra sistemi naturali e artificiali.

"La crescente accessibilità allo spazio offre un'opportunità unica per testare tecnologie chiave per l'esplorazione interplanetaria su piattaforme miniaturizzate come i CubeSat. La radiazione nello spazio rappresenta una delle principali criticità per la salute dei principali sistemi biologici: per questo l'integrazione di rivelatori di particelle compatti nei Bioregenerative Life Support Systems (BLSS) è essenziale. Il monitor di radiazione progettato, basato su una matrice di quattro scintillatori al bromuro di cerio incapsulati in uno scintillatore plastico e accoppiati a sensori di luce, consente di studiare gli effetti dell'esposizione alla radiazione e di pianificare missioni con sistemi biologici a bordo ottimizzando massa delle schermature e costi" commenta il prof Adriano Di Giovanni (Gran Sasso Science Institute.

"Questo campo della ricerca sottolinea inoltre come l'essere umano resti un sottosistema del nostro pianeta, interconnesso agli ecosistemi che lo sostengono, e come anche nelle missioni spaziali di lungo termine la sopravvivenza richieda la riproduzione di un ambiente terrestre funzionale" conclude Donato Romano.

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