Robot con un guscio morbido

Chiusi, sembrano capsule di semi di piante, srotolati come stelle marine: i nuovi microrobot potrebbero essere creature viventi grazie alla loro forma. Stefano Fusco, dottorando presso l'Istituto di Robotica e Sistemi Intelligenti (IRIS) si sono ispirati alla natura: La trappola di Venere, o meglio il meccanismo con cui la pianta attiva la sua trappola per insetti, è stato il progetto delle "creature" del ricercatore.

I micro robot non sono duri, ma morbidi. Sono costituiti da due strati di idrogel, una classe di materiali composta per il 90% da acqua e per il 10% da polimeri. Le braccia del guscio a forma di stella marina si piegano verso l'interno di propria iniziativa per formare una capsula. Il bilayer idrogel è impregnato di un farmaco modello e funge da piattaforma per la somministrazione del farmaco. Contiene anche minuscole perle magnetiche che trasportano le cellule staminali.

Consegna precisa di farmaci

I robot idrogel sono stati inizialmente testati solo in vitro. Con l'aiuto di un sistema di controllo che si trova all'esterno del sistema di prova e funziona con varie bobine magnetiche, i ricercatori possono guidare le capsule in una posizione specifica. Una volta arrivate, vengono irradiate con una luce laser nella gamma del vicino infrarosso (lunghezza d'onda di 785 nm), che innesca un cambiamento nella forma dell'idrogel. La capsula si apre in pochi secondi e rilascia le perle. In questo modo, gli scienziati potrebbero, ad esempio, distribuire principi attivi e cellule staminali nell'esatta regione del corpo in cui sono necessari. Il cambiamento di forma del microrobot è reversibile. Ciò è reso possibile dal grafene, che Fusco ha aggiunto all'idrogel. Il carbonio reagisce in modo sensibile alle radiazioni del vicino infrarosso.

"Fin dall'inizio abbiamo puntato a un'applicazione specifica, motivo per cui abbiamo scelto un materiale morbido per i microrobot", spiega Fusco, che lavora come scienziato dei materiali presso il team di robotica dell'IRIS. Il suo studio, condotto sotto la guida dello scienziato senior Selman Sakar in collaborazione con altri gruppi dell'ETH di Zurigo e dell'Università di Harvard, è stato pubblicato sulla rivista scientifica "Advanced Materials".

Il dottorando non ha dovuto preoccuparsi del sistema di navigazione. Altri ricercatori dell'IRIS ci hanno lavorato per quasi un decennio. Il sistema è stato sviluppato per controllare e muovere minuscoli oggetti magnetici privi di propulsione propria e di alimentazione. L'ingegnoso sistema è diventato noto in relazione a un microrobot per la chirurgia oculare minimamente invasiva (L'ETH Vita riportato).

Migliorare la profondità di dispiegamento

I robot idrogel hanno ancora dei limiti. Fusco ha scoperto che le radiazioni nel vicino infrarosso possono penetrare nel corpo solo da 15 millimetri a 15 centimetri di profondità, a seconda del tipo di tessuto. Questo potrebbe non essere sufficiente per l'uso negli organi interni. I ricercatori hanno quindi sviluppato un altro meccanismo per aprire le capsule nei tessuti che non vengono penetrati dalla radiazione nel vicino infrarosso: il dottorando ha progettato l'idrogel in modo che cambi la sua forma in risposta a un impulso magnetico. In questo modo i microrobot potrebbero essere attivati in profondità nel corpo. "Il grande vantaggio dell'idrogel è che può essere personalizzato con vari additivi chimici, in modo che la capsula reagisca a stimoli diversi", spiega il ricercatore sui materiali.

Finora ha testato le capsule idrogel solo in fluidi biologici e in acqua, ma non ancora in tessuti animali o umani. Tuttavia, un'applicazione in un organismo vivente è concepibile solo se i ricercatori riusciranno a rendere le capsule ancora più piccole. Con le loro attuali dimensioni di mezzo millimetro, ad esempio, i microrobot non passano attraverso i capillari. Fusco ritiene che "debbano essere almeno 10 volte più piccoli". Un altro obiettivo è quello di rendere le capsule e il loro contenuto biodegradabili. L'involucro e le microsfere che contiene devono essere bioriassorbibili, in modo da non dover essere rimossi dal corpo dopo l'uso. Fusco stima che saranno necessari altri tre-cinque anni di ricerca per raggiungere questi due obiettivi. Solo questa seconda generazione di robot idrogel potrà poi essere testata in esperimenti sugli animali.