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Immaginate uno sciame di microrobot spessi quanto un capello che nuotano attraverso i vasi sanguigni per riparare eventuali danni interni, o che sfrecciano nei chip dei computer per formare un blocco di sicurezza, o che saldano rapidamente il tessuto cardiaco lacerato. I ricercatori della University of California, Berkeley, Dartmouth College, e la Duke University hanno dimostrato come utilizzare un singolo segnale elettrico per comandare un gruppo di microrobot in grado di auto-assemblarsi in strutture più grandi. I ricercatori sperano di usare questo metodo per costruire tessuti biologici.

Finora il movimento delle minuscole macchine era generato attraverso dei campi magnetici. In questo modo piccoli oggetti potevano essere “spinti” anche all’interno dei vasi sanguigni. Ma per generare il giusto campo magnetico erano richieste complesse configurazioni di bobine e componenti specifici, rendendo difficile al robot lo svolgimento di un compito.

Bruce Donald, docente di informatica e biochimica presso la Duke, ha utilizzato un approccio diverso, sviluppando un microrobot che risponde al potenziale elettrostatico ed è alimentato dalla tensione generata da una superficie elettricamente organizzata. Il professore e il suo team hanno dimostrato che sono in grado di controllare un gruppo di questi microrobot per creare forme di grandi dimensioni. Riescono a farlo modificando il design dei singoli robot, in modo che ognuno risponda a porzioni di tensione con un’azione diversa, comportandosi proprio come uno sciame intelligente. Gli algoritmi di un computer variano la sequenza di tensione, spingendo i robot a muoversi in modo complesso.

“Una buona analogia è che abbiamo multiple auto telecomandate, ma solo un trasmettitore”, spiega Igor Paprotny, uno scienziato dell’Università di Berkeley e uno dei ricercatori a capo di questo progetto, presentato la scorsa settimana. Durante il suo intervento, ha mostrato una scatolina che conteneva una minuscola e sottilissima lastra grande quanto un’unghia. Su di essa c’erano più di 100 microrobot!

“L’alimentazione dei robot elettrostatici è fornita attraverso una serie di elettrodi montati direttamente sui microrobot”, dice Jason Gorman, un ricercatore di robotica nella Divisione Sistemi Intelligenti al NIST. “Per questo sono così compatti. Ognuno è lungo 120 micrometri. Possono essere addirittura incorporati all’interno di altre cose, come i chip dei computer. Nella prima fase ci siamo impegnati per riuscire a controllare un singolo robot in una zona predefinita su un substrato, ma per le applicazioni più interessanti bisogna controllare gruppi di robot, come una colonia di formiche.“

Finora, Paprotny è stato in grado di controllare fino a quattro robot in una sola volta. Il progetto successivo è quello di adattare il setup in un ambiente liquido, in modo che i microrobot siano in grado di assemblare componenti di tessuto biologico secondo modelli che imitano la natura.

“Stiamo cercando di trovare dei modi di auto-assemblaggio di unità dei tessuti“, dice Ali Khademhosseini, professore associato presso l’Ospedale Brigham and Women’s presso la Harvard Medical School e uno specialista in ingegneria dei tessuti, che sta collaborando con Paprotny. “Nel corpo, i tessuti sono organizzati in modo gerarchico. Le unità si ripetono più e più volte per generare strutture di tessuto più grande”. Il tessuto muscolare, per esempio, è composto da piccole fibre, mentre il tessuto del fegato ha una forma esagonale che si ripete. Possiamo provare a combinare le cellule con diversi materiali nei sistemi di microfabbricazione, per creare strutture assemblate utilizzando le tecniche sviluppate da Igor.”

Il professore immagina squadre di robot che lavorano in parallelo trasportando cellule e gel per fabbricare diverse parti di un tessuto. “Possiamo usare i robot per l’assemblaggio. Le cellule, una volta combinate, si staccano dai robot, e si riorganizzano ulteriormente diventando indistinguibili dal tessuto naturale“. Inizialmente verranno create piccole porzioni di tessuti cardiaci, e in seguito i muscoli e le valvole, per assemblare poi il tutto in un cuore intero. Completamente creato dai microrobot.

Ecco i microrobot in azione. Bruce Donald spiega in modo chiaro il loro funzionamento. Il video risale alle prime sperimentazioni: