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Io Uomo tu Robot
Microrobot che potrebbero rivoluzionare la Medicina del futuro
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I ricercatori dell'ETH, Politecnico federale di Zurigo, hanno sviluppato una tecnica innovativa per la produzione di "micromacchine" in metallo e plastica collegando tra loro più materiali in modo complesso. Tali microrobot potranno in futuro rivoluzionare il settore della medicina.

I robot sono così piccoli che possono agevolmente muoversi attraverso i nostri vasi sanguigni e fornire farmaci in punti specifici del corpo difficilmente raggiungibili. A questo scopo è necessario avere un controllo accurato del robot, gestire i suoi movimenti e le sue azioni: un obiettivo che i ricercatori dell’ETH perseguono da diversi anni.

Sono microveicoli, bicomponenti, di lunghezza micrometrica realizzati in metallo e plastica collegati strettamente come anelli di una catena. I ricercatori dell’ETH hanno   sperimentato come è possibile realizzare microstrutture ibride che possono essere interbloccate combinando litografia 3D, stampaggio ed elettrodeposizione. 

Metalli e polimeri sono materiali intrinsecamente distinti per le loro proprietà fisico-chimiche, ma nel contempo complementari in termini di funzionalità. La natura multiforme delle strutture metallo-organiche consente di introdurre una vasta gamma di nuove applicazioni nella robotica su scala micrometrica.

"Metalli e polimeri hanno proprietà diverse ed entrambi i materiali offrono alcuni vantaggi nella costruzione di micromacchine. Il nostro obiettivo era di beneficiare simultaneamente di tutte queste proprietà combinando le due", spiega Carlos Alcântara, ex dottorando nel gruppo di Salvador Pané presso l'Istituto di Robotics and Intelligent Systems.

Le micromacchine sono alimentate dall'esterno del corpo utilizzando campi magnetici, pertanto debbono integrare parti metalliche magnetiche. I polimeri per effetto della loro struttura hanno il vantaggio di poter essere utilizzati per realizzare componenti morbidi e dotati di flessibilità come parti che si dissolvono all'interno del corpo. Se il farmaco è incorporato in questo tipo di polimero solubile è possibile fornire selettivamente sostanze attive.

Mechanically interlocked 3D multi-material micromachines”, J. Alcântara et al è il titolo dell’articolo pubblicato sulla rivista Nature Communications (2020).

Una produzione high-tech

Una tecnologia innovativa di produzione che si avvale dell’esperienza del professore ETH Salvador Pané che da anni lavora con una tecnica di stampa 3-D ad alta precisione per produrre oggetti complessi dalle dimensioni micrometriche, una tecnica nota come litografia 3-D. 

I ricercatori dell'ETH hanno utilizzato questa tecnica per produrre una sorta di stampo o modello per le loro micromacchine. Questi modelli sono dotati di scanalature strette che fungono da "negativo" e possono essere riempiti con materiali appropriati.

Attraverso la deposizione elettrochimica gli scienziati riempiono alcune delle scanalature con metallo e altre con polimeri prima di dissolvere definitivamente la sagoma con solventi. 

Applicando selettivamente materiali con proprietà variabili è possibile creare macchine azionate dai campi magnetici esterni. 

Questo approccio è l'unico metodo che consente l'interblocco meccanico di materiali metallici e polimerici (cioè, duri e morbidi) su scala micrometrica.

Come prova di principio per la realizzazione di micromacchine mediante materiali ad incastro, gli scienziati dell'ETH hanno creato vari minuscoli veicoli con telaio in plastica e ruote metalliche magnetiche alimentate per mezzo di un campo magnetico rotante. Alcuni veicoli possono essere spinti su una superficie di vetro, mentre altri, a seconda del polimero utilizzato, possono galleggiare in un liquido o su una superficie liquida.

"Il nostro gruppo interdisciplinare è composto da ingegneri elettrici, ingegneri meccanici, chimici e scienziati dei materiali che lavorano tutti a stretto contatto. Questa è stata la chiave per lo sviluppo di questo metodo" afferma Fabian Landers del team di Pané. 

Prospettive future della ricerca

I ricercatori svilupperanno ulteriormente le loro micromacchine sperimentando anche altri materiali con l’obiettivo di creare tipologie più complesse, comprese quelle in grado di piegarsi e di aprirsi. Oltre a microveicoli che rilasciano la sostanza attiva le future possibilità di applicazione includono macchine su scala micrometrica con cui è possibile trattare gli aneurismi o eseguire altre operazioni oggi impensabili nel settore della robotica medica. Un altro obiettivo della ricerca è rappresentato dagli stent espandibili (supporti vascolari tubolari) che possono essere veicolati con precisione attraverso campi magnetici.

Fonte: ETH Zurigo, J. Alcântara et al. Mechanically interlocked 3D multi-material micromachines, Nature Communications (2020).

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    robotica applicata alla medicinamaterialiintelligenza artificiale
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