Gli scienziati dell'EPFL e dell'ETH di Zurigo hanno sviluppato minuscoli robots elastici che possono cambiare forma a seconda dell'ambiente circostante. Modellati su batteri e completamente biocompatibili, questi robots ottimizzano i loro movimenti in modo da raggiungere aree del corpo umano difficili da raggiungere. Stanno per rivoluzionare la consegna mirata di farmaci all'interno di un corpo umano
I batteri possono sfruttare la meccanica per mostrare una notevole plasticità in risposta ai cambiamenti locali delle condizioni fisiche e chimiche. Le strutture conformi svolgono un ruolo notevole nel comportamento dei taxi, in particolare per la navigazione all'interno di ambienti complessi e strutturati. Meccanismi bioispirati con architetture progettate razionalmente capaci di grandi deformazioni non lineari offrono opportunità per introdurre autonomia in dispositivi ingegnerizzati su piccola scala.
Grazie a ricerche condotte presso l'EPFL e l'ETH di Zurigo, un giorno potremmo essere in grado di ingerire piccoli robot che distribuiscono dosi farmacologiche direttamente sul tessuto malato.
Il gruppo di scienziati, guidato dal professor Selman Sakar (1) del EPFL e dal professor Bradley J. Nelson (2) del ETH di Zurigo, si è ispirato ai batteri per progettare microrobots intelligenti e biocompatibili altamente flessibili. Poiché questi dispositivi sono in grado di nuotare attraverso i fluidi e modificare la loro forma quando necessario, possono passare attraverso stretti vasi sanguigni e sistemi complessi senza compromettere la velocità o la manovrabilità. Sono fatti di nanocompositi di idrogel contenenti nanoparticelle magnetiche che consentono loro di essere controllati tramite un campo elettromagnetico.
In un articolo pubblicato su Science Advances, (3) gli scienziati descrivono il metodo con cui hanno sviluppato la procedura di programmazione della forma del robot in modo che possa viaggiare facilmente attraverso fluidi densi, viscosi o in movimento a velocità sostenute.
Fabbricare robots miniaturizzati presenta una serie di sfide, che gli scienziati hanno affrontato utilizzando un metodo di piegatura basato su origami. La loro nuova strategia di locomozione utilizza l'intelligenza incorporata, che è un'alternativa al classico paradigma di calcolo che viene eseguito da sistemi elettronici incorporati.
«I nostri robot hanno una composizione e una struttura speciali che consentono loro di adattarsi alle caratteristiche del fluido che stanno attraversando. Ad esempio, se incontrano un cambiamento di viscosità o concentrazione osmotica, modificano la loro forma per mantenere la loro velocità e manovrabilità senza perdere il controllo della direzione del movimento», dice il dottor Selman Sakar.
Queste deformazioni possono essere programmate in anticipo in modo da massimizzare le prestazioni senza l'uso di sensori o attuatori ingombranti. I robot possono essere controllati usando un campo elettromagnetico o lasciati a navigare da soli attraverso le cavità utilizzando il flusso del fluido. In ogni caso, si trasformeranno automaticamente nella forma più efficiente.
«La natura ha evoluto una moltitudine di microrganismi che cambiano forma quando le loro condizioni ambientali cambiano: questo principio base ha ispirato il nostro design di microrobots. La sfida principale per noi era sviluppare la fisica che descrive i tipi di cambiamenti a cui eravamo interessati, e quindi integrare questo con nuove tecnologie di fabbricazione», afferma il dottor Bradley Nelson.
Oltre a offrire maggiore efficacia, questi robots soft miniaturizzati possono essere realizzati facilmente a un costo ragionevole. Per ora, il team di ricerca sta lavorando per migliorare le prestazioni per il nuoto attraverso fluidi complessi come quelli che si trovano nel corpo umano.
Riferimenti:
(1) Selman Sakar
(2) professor Bradley J. Nelson
(3) Adaptive locomotion of artificial microswimmers
Descrizione foto: I robot sono modellati sui batteri e sono completamente biocompatibili. - Credit: EPFL/ ETHZ.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Smart microrobots that can adapt to their surroundings