Un corpo flessibile e la forma di un millepiedi: il robot è lungo solo pochi millimetri ma riesce a muoversi e ancorarsi alla parete gastrointestinale e delle vie respiratorie per portare terapie mirate
Forse un giorno scorrazzeranno nel nostro organismo per trasportare farmaci o eseguire biopsie e diagnosi mirate. Gli studi e i progetti su microscopici robot in grado di rotolare, strisciare e nuotare nel corpo umano sono sempre più numerosi e diversi prototipi stanno rapidamente venendo alla luce. Come quello realizzato dai ricercatori del Max Planck Institute for Intelligent Systems (Germania): un robot flessibile e wireless, lungo pochi millimetri che, come un abile scalatore, “si arrampica” su e giù lungo le pareti dell’intestino o delle vie respiratorie guidato da campi magnetici per diagnosticare malattie o somministrare farmaci. Grazie a un nuovo sistema di locomozione, può scalare superfici sia asciutte che umide, sia rigide che morbide. L’articolo è stato pubblicato a giugno su Science Advances.
Fino a pochi decenni fa sarebbe stata fantascienza, ma oggi il filone di ricerca sui millirobot per la ricerca biomedica è più vivo e concreto che mai. Con una lunghezza di pochi millimetri (o comunque inferiore a un centimetro), i prototipi più recenti hanno una struttura flessibile e le più varie modalità di movimento. Tutti i micro- e milli- robot possiedono sistemi di propulsione attiva, spesso controllabili da remoto: la maggior parte contiene particelle magnetiche e può essere azionata da campi magnetici esterni. Come gli animali, possono nuotare, camminare o strisciare in una specifica direzione. Questi eserciti di robot microscopici potrebbero rivoluzionare la medicina del futuro, e in particolare il trasporto intelligente di farmaci nell’organismo con procedure minimamente invasive.
Nel 2018, il gruppo del Max Planck Institute for Intelligent System aveva già realizzato un robottino semovente di 4 mm, ispirato alle larve di coleottero e ai bruchi. Capace di muoversi su superfici sconnesse e di nuotare sott’acqua, di strisciare, rotolare e trasportare un carico, è stato uno dei primi robot di queste dimensioni ad avere una simile mobilità. Negli anni, sono continuati a emergere nuovi prototipi. Nei primi mesi del 2022, l’Università di Hong Kong ha progettato un millirobot biodegradabile a base di nanofibre chiamato “Fibot”, che può muoversi e ancorarsi a varie parti dell’intestino per rilasciare farmaci in punti mirati. A giugno, invece, un gruppo dell’università di Stanford (Stati Uniti) ha pubblicato uno studio su Nature Communications su un prototipo di millirobot-origami anfibio. Composto da elementi pieghevoli, sul modello degli origami giapponesi e magneti, può cambiare autonomamente conformazione per arrampicarsi sulle pareti degli organi o nuotare nel flusso sanguigno a seconda delle necessità.
La maggior parte dei prototipi, però, funziona su pareti asciutte e rigide, ma non su quelle umide e morbide. I ricercatori dell’Istituto tedesco hanno, invece, progettato un millirobot compatibile con tutti i tipi di superficie, capace di ancorarsi per lunghi periodi e di muoversi verticalmente su pareti tridimensionali con caratteristiche diverse.
Il robot possiede un corpo di metallo flessibile e gambe bioadesive fatte di chitosani (polisaccaridi presenti nel guscio dei crostacei). La struttura delle gambe ricorda quella dei semi “velcro” di certe piante, che hanno estremità uncinate con le quali possono aggrapparsi praticamente a tutto, dagli animali agli abiti delle persone. Il millirobot, che ha la forma di un bruco, si muove con un meccanismo che i ricercatori chiamano “peeling-and -loading”: attacca prima un piede e poi ribalta tutto il suo corpo per piantare il secondo piede davanti al primo e così via.
Il millirobot è stato in grado di muoversi verticalmente avanti e indietro sulle pareti del tratto gastrointestinale e dell’esofago e lungo le vie respiratorie, i bronchi e i polmoni di maiale. Il design del robottino, scrivono i ricercatori, è regolabile e adattabile alle diverse superfici – che tra un tessuto e l’altro possono variare nella geometria o nello spessore dello strato di muco. Usando materiali bioadesivi “water-proof”, il robottino sarebbe potenzialmente in grado di scalare anche superfici completamente sommerse da liquidi.
Il millirobot può trasportare carichi fino a tre volte la propria dimensione e fino a 20 volte il proprio peso: come capsule per la delivery dei farmaci o sensori wireless miniaturizzati per il monitoraggio delle funzioni fisiologiche.
Una delle principali potenzialità mediche di questi robot è proprio la somministrazione di farmaci all’interno del corpo in maniera mirata, anche in aree poco raggiungibili con le tecniche tradizionali, come la superficie del cuore o il sistema nervoso. I ricercatori hanno dimostrato che il millirobot può essere programmato per trasportare i farmaci, incapsulati all’interno di microparticelle, attraverso lo strato di muco che ricopre le pareti di alcuni organi come l’intestino. Il rilascio è sempre “intelligente”, ossia avviene solo nell’organo o tessuto bersaglio, grazie a meccanismi sensibili alle variazioni di pH o di altri parametri fisiologici. Altre potenziali applicazioni includono la diagnosi di malattie o l’esecuzione di biopsie con procedure mini-invasive. È proprio il caso di dire che la fantascienza sta diventando realtà.
