Sviluppo di robot morbidi ispirati ai vermi
Ispirata alla natura, la robotica morbida – dispositivi realizzati con materiali altamente versatili quali silicio e fluidi anziché con metalli rigidi – sta aprendo la strada a un mondo di applicazioni in campi che spaziano dalla medicina all’esplorazione spaziale. «Uno degli esempi più studiati in natura è il polpo, capace di fare cose incredibili», afferma Arianna Menciassi, coordinatrice del progetto MAPWORMS(si apre in una nuova finestra) e docente della Scuola Universitaria Superiore Sant’Anna(si apre in una nuova finestra) di Pisa. «Possiede tentacoli lunghi, morbidi ma capaci di generare forze elevate, estendersi e afferrare». Menciassi contrappone questa struttura al braccio umano, che presenta punti di flessibilità fissi: il polso, il gomito e la spalla. Ciò significa che il braccio può essere posizionato solo in determinati modi. Mentre il polpo presenta una manovrabilità pressoché illimitata.
Dispositivi medici di robotica morbida
Il progetto MAPWORMS, finanziato dal Consiglio europeo per l’innovazione(si apre in una nuova finestra), ha tratto ispirazione da un’altra creatura: gli anellidi. Questo verme acquatico non segmentato si insinua nei sedimenti, si ancora a buchi e fessure ed esplora l’ambiente circostante sporgendo e allungando le parti del corpo. Inoltre, ritrae il proprio corpo per sfuggire ai predatori. «Questo tipo di verme possiede una proboscide allungabile fino al 300%», osserva Menciassi. «Abbiamo pensato che questa capacità potesse essere molto interessante per una serie di potenziali applicazioni, tra cui i dispositivi medici». Menciassi ha lavorato a un precedente progetto finanziato dall’UE, intitolato BIOLOCH, che studiava la locomozione dei bruchi per il miglioramento di applicazioni destinate alla colonscopia. Ciò ha contribuito a ispirare il lavoro di MAPWORMS.
Modellizzazione matematica e nuovi materiali
A tal fine, il progetto ha riunito una serie di competenze. Innanzitutto, un team di biologi ha prelevato degli anellidi per studiarli in acquario. Un altro gruppo di esperti si è concentrato sulla struttura biologica dei vermi, per caratterizzare ciò che ne determina la locomozione. A tale scopo, sono state utilizzate tecniche per immagini all’avanguardia. Ciò ha portato allo sviluppo di modelli matematici per spiegare il modo in cui i vermi si protendono, si ritraggono e strisciano. Questi modelli sono stati essenziali per programmare il comportamento del robot che imita i vermi, costruito da Menciassi e dal suo team. Per realizzarlo, sono stati sviluppati nuovi materiali intelligenti basati su idrogel: reti morbide e flessibili di polimeri idrofili in grado di assorbire acqua. Tali materiali possono reagire a stimoli quali luce, pH e specifiche sostanze chimiche. Il risultato finale è un materiale che simula i meccanismi dei sistemi biologici e permette a un minuscolo dispositivo, misurato su scala microscopica, di replicare la capacità del verme di protendersi e strisciare.
Esaminare le possibili applicazioni mediche
Il progetto è riuscito a realizzare un prototipo di dispositivo che simula la capacità del verme anellide di protendersi e strisciare. Un importante sviluppo è stata l’applicazione di attivatori magnetici per piegare, torcere e rimodellare il dispositivo, simulando il movimento del verme in natura. Anche questi attivatori magnetici sono «morbidi», essendo costituiti da particelle di silicio e ferro. «Inoltre, sono stati ottenuti risultati interessanti dal punto di vista biologico», aggiunge Menciassi. «Sono state fatte nuove scoperte sul verme stesso». È stato creato un database di informazioni biologiche che porterà a una più profonda comprensione della tassonomia, del comportamento e dell’ecologia degli anellidi. Verranno ora definiti i potenziali utilizzi finali di questa tecnologia. Uno dei partner del progetto è ACMIT, un centro di ricerca austriaco specializzato in applicazioni mediche. Una possibile applicazione potrebbe essere quella di agevolare la neurochirurgia, consentendo l’inserimento di strumenti microscopici nel cervello, o di favorire il passaggio nel canale nasale negli interventi chirurgici.
