DAMATIRA | aDvanced Analysis and Modeling of AcousTIc Responses of plAnts
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Referente scientifico
Gruppo di lavoro
Stefano Mancuso, Luciana Renna, Giovanni Stefano
Partner del progetto
- Università degli Studi di Palermo e INFN*, Giovanni Marsella (PI, coordinatore)
- Università degli Studi del Salento and INFN*, Gennaro Scarselli
- Università degli Studi di Perugia, Gianandrea Salerno
Principali obiettivi
Il progetto mira a comprendere meglio come le piante possano percepire e rispondere ai suoni, con potenziali applicazioni nell'ambito dell'agricoltura per migliorare la produttività e la sostenibilità.
Abstract
Lo studio delle risposte al suono da parte delle piante è ancora agli inizi e ci sono ampie opportunità di scoperte e nuove applicazioni innovative, specialmente in agricoltura. A causa della complessità dell'argomento, un'indagine di successo deve coinvolgere il lavoro congiunto di esperti di diverse discipline.
Nel progetto DAMATIRA, un team interdisciplinare di laboratori riunirà esperti in fisica, ingegneria, entomologia, fisiologia vegetale ed ecologia si è unito per impostare e implementare un quadro di ricerca completo ed efficace per affrontare gli obiettivi del progetto.
Tale quadro, sebbene incentrato sul lato biologico e botanico del problema, si baserà in gran parte su metodi e tecnologie all'avanguardia della fisica e dell'ingegneria, con l'obiettivo di affrontare questioni quali: come reagiscono le piante ai suoni? E come ai suoni prodotti da insetti predatori? Come possiamo modellare questo comportamento? Come possiamo misurarne gli effetti? Le conoscenze acquisibili potranno essere utilmente trasferite in un contesto agricolo per migliorarne la produttività e la sostenibilità?
Proponiamo di affrontare il problema da tre prospettive.
- Determinare come il suono influenzi la crescita e la produttività delle piante valutando le risposte indotte dal suono in cui i parametri rilevanti (crescita e vegetativa) saranno monitorati con una rete di sensori. Ciò include l'analisi vibrazionale utilizzando la vibrometria laser.
- Modellazione del fenomeno, utilizzando l'analisi modale mediante Analisi agli Elementi Finiti (FEA) sulle principali strutture sensoriali delle piante coinvolte nella percezione dei suoni e nella trasmissione dei segnali. Questo compito richiede la costruzione di un modello 3D finemente dettagliato della struttura in esame, per la quale utilizzeremo la microtomografia computerizzata a raggi X basata su rivelatori avanzati di pixel di silicio con conteggio di fotoni.
- Identificare le vie di segnalazione a valle che seguono la percezione del suono. Qui ci concentreremo inizialmente sulla comprensione degli effetti sulle strutture biologiche coinvolte nella meccanoricezione dei segnali acustici, seguita da una caratterizzazione dei conseguenti cambiamenti nel metabolismo e nella fisiologia dell'intera pianta
Azioni progettuali
(in grassetto quelle coordinate da DAGRI-UNIFI)
Il progetto si articola come segue:
WP1 – Modellazione Meccanica: Implementare modelli meccanici raffinati delle piante utilizzando tecniche di Analisi agli Elementi Finiti per studiare gli stati vibratori e la trasmissione ai meccanorecettori. Utilizzare l'analisi modale per determinare le modalità vibrazionali risonanti e la loro risposta agli stimoli ambientali. Validare i modelli con misurazioni di vibrometria laser.
- T1.1 – Caratterizzazione Geometrica di piante e foglie.
- T1.2 – Sviluppare un modello agli elementi finiti complesso che rappresenti il comportamento dinamico delle piante, inclusi steli, foglie e tricomi.
- T1.3 – Caratterizzazione della Risposta Vibratoria mediante la vibrometria laser.
WP2 – Caratterizzazione delle fonti vibratorie a contatto diretto e aeree
- T2.1 – Caratterizzazione delle vibrazioni degli insetti erbivori su piante di A. thaliana e le relative difese vegetali, mediante vibrometria laser. Saranno valutate le interazioni meccaniche degli insetti con la superficie fogliare tramite misurazioni delle forze di attrito, utilizzando un set-up sperimentale di trazione.
- T2.2 – Studio degli effetti soglia e della risonanza stocastica sulla percezione del suono da parte delle piante.
WP3 – Studio degli effetti indotti dalle vibrazioni deterministiche e rumorose
- T3.1 – Caratterizzazione delle variazioni indotte dalle vibrazioni sulle piante e sulle vie di trasduzione del segnale
- T3.2 - Caratterizzazione della comunicazione tra piante indotta dal suono (emettitori/destinatari)
Durata
Inizio: 19/05/2022
Conclusione: 18/05/2025
Ente finanziatore bando
Beneficiari
Collegamenti
Ultimo aggiornamento
07.05.2024