Numero 17 del 2021

Titolo: Innovazione- La carica degli insetti-robot. A cosa servono lo scarafaggio motorista e il verme chirurgo?

Autore: Enrico Maria Corno

Articolo:
(da «Corriere.it» del 30 agosto 2021)
Dal Mit a Harvard, i ricercatori puntano sui microrobot preziosi per la ricerca medica o la sperimentazione della durata delle batterie, per sostituire le api o gli uomini dove non arrivano
Sempre più piccolo
Spesso in natura, per capire ciò che è molto grande, bisogna conoscere ciò che è molto piccolo. Quando l'uomo comprende i micro-meccanismi che regolano la natura - vale per i virus, ad esempio, ma anche per la fisica quantistica - allora cerca di intervenire sui medesimi, anche attraverso il lavoro di microrobot più o meno autonomi. La creazione di microrobot capaci di comportamenti complessi è una delle grandi sfide dell'industria del terzo Millennio che ogni giorno combatte con i materiali che devono rendere possibile il lavoro di meccanica dei microattuatori e con la possibilità di fornirgli energia. Oggi la maggior parte dei microrobot è alimentata elettricamente con batterie che, data la piccola scala, forniscono anche un basso livello di energia, a volte insufficiente dicono gli ingegneri. Quindi, se si deve progettare un microrobot con una specifica funzione, i ricercatori non fanno altro che ispirarsi al lavoro di selezione naturale che dura da milioni di anni ed è per questo che la categoria degli «insetti robot» è in costante crescita.
Quanto fa lo scarafaggio californiano con un pieno?
Da un punto di vista puramente estetico, questo coleottero robot non attira di certo l'attenzione e anzi pare proprio il più essenziale e squadrato tra gli altri insetti decisamente più sofisticati. E invece proprio questo RoBeetle è il numero uno: pur avendo dimensioni ridottissime, è il primo insetto robot che utilizza una fonte di alimentazione interna senza sfruttare cavi che lo colleghino a una batteria esterna né campi magnetici. È un robot di 88 milligrammi che si muove autonomamente alimentato dalla combustione catalitica del metanolo, un carburante liquido ad alta energia specifica (20 megajoule per chilogrammo, quasi venti volte superiore alle batterie del caso) che garantisce una autonomia di due ore di movimento con un «pieno» e supera di molto l'efficienza di ogni microbatteria oggi esistente. Il design e la realizzazione del RoBeetle da parte dei ricercatori della Univ. Southern California sono il risultato della combinazione di un «micromuscolo artificiale catalitico» e di meccanismo di controllo meccanico integrato su scala millimetrica.
Il verme chirurgo
I meno giovani ricorderanno certamente il celebre film hollywoodiano Viaggio Allucinante del 1966, in cui un gruppo di medici viene miniaturizzato grazie a una tecnologia segreta ed entra all'interno del corpo di un uomo in un sommergibile per curare un embolo cerebrale «dall'interno». La verità ha superato la fantasia: oggi il Mit di Boston ha realizzato un verme robotico di dimensioni microscopiche realizzato in Nitinol (una speciale lega in nichel e titanio), pensato per entrare nel cervello umano subito dopo un attacco di ictus e aneurismi sbloccando i vasi sanguinei danneggiati. Il verme può essere guidato dall'esterno del corpo grazie a un piccolo campo magnetico, è estremamente flessibile e non rovina ovviamente i tessuti vascolari anche grazie a un microscopico strato di gel biocompatibile che lo ricopre e che diminuisce l'attrito. Al di là di queste casistiche, pare che il futuro della medicina passi anche da qui perché il verme potrà essere utilizzato in futuro anche per la diagnostica e per trasportare i farmaci nell'organismo direttamente dove servono.
Lo scarafaggio motorista
Online esistono da tempo scarafaggi robotici estremamente realistici con cui i bambini possono giocare a spaventare le nonne grazie a un telecomando a infrarossi che li fa correre in giro per la casa. In effetti, perché non robotizzare anche uno scarafaggio, l'insetto più resistente che ci sia in natura, per fini più nobili? Quello della Univ. of Colorado Boulder di chiama Hamr-Jr, in proporzione alle sue dimensioni (2,2 cm e 0,3 grammi di peso) corre più veloce di un ghepardo (circa 30 cm al secondo), ha quattro «marce», trasporta fino a 10 volte il proprio peso e si muove senza limitazioni grazie agli «attuatori piezoelettrici», materiali sottili che si piegano quando vengono colpiti da una tensione elettrica. Secondo i ricercatori che lo hanno realizzato potrebbe essere presto utilizzato durante le revisioni dei motori degli aeroplani, entrando dentro al motore stesso per ispezionare angoli non raggiungibili per i meccanici. Si pensa che in futuro potranno anche intervenire su una riparazione. E si sta studiando il modo per rendere questi scarafaggi «indistruttibili», grazie a una corazza a prova di suola di scarpe.
Api robot che sostituiscono le vere
Il progetto è stato perfino presentato al World Economic Forum. Dato che il 75% di quello che ci finisce in tavola dipende dal lavoro delle api e dato che le medesime stanno per estinguersi, qualcuno ha pensato bene di realizzare api meccaniche che possano un giorno prendere il posto di quelle che la natura ha progettato. Questi Robobees sono anche in grado di nuotare, pesano 84 milligrammi e sbattono le ali 120 volte al minuto: al momento volano solo nei laboratori del Mit di Boston e si calcola possano cominciare a lavorare in natura tra circa 5-10 anni. Del resto, un gigante dell'economia americana come Walmart ha registrato il brevetto di un'ape drone per l'impollinazione artificiale...
La zanzara robot che ha imparato a riposarsi
Tutti questi micro-droni volanti ispirati dagli insetti hanno ovviamente il difetto di avere poca autonomia. Bisognerebbe insegnare loro a fermarsi e a riposarsi, esattamente come in natura, per risparmiare energia tra una «missione» e l'altra. È quello che hanno fatto i ricercatori della prestigiosa Harvard University e del Mit che hanno unito le forze lavorando su questa sorta di zanzara robot che è la diretta evoluzione della RoboBee originaria ed è stata pubblicata anche dalla rivista Science Robotics: ora è in grado di posarsi attaccandosi alle superfici, soffitti, vetri e foglie sfruttando l'elettricità statica che emette da un sottile strato di schiuma posto sulla testa. Il RoboBee può essere utilizzato in particolari operazioni di ricerca e soccorso e perfino per raccogliere informazioni, essendo dotato di microcamera e sensori esterni. Da anni, del resto, si parla di un uso militare di questi minidroni. Il prossimo passo? Dotarlo di un sistema a celle solari per ricaricare in automatico le batterie attraverso la luce.
Il calabrone che resiste al vento
Pare evidente che il laboratorio di ingegneria del Mit di Boston sia il migliore del mondo in questo genere di realizzazione, dato che quasi tutti gli insetti sopra citati hanno visto una partecipazione più o meno diretta del medesimo alla progettazione. È anche il caso di questa corazzata, un micro drone da mezzo grammo che ricorda un calabrone: la differenza con i molti altri insetti volanti della categoria è che questo è in grado di resistere a violente raffiche di vento, proprio come avviene in natura. Del resto, le ali hanno una forma e un movimento differenti e battono fino a 500 volte al secondo. Nessun motore: quando viene data corrente, il materiale con cui sono fatte le ali si contrae per poi rilassarsi una frazione di centesimo di secondo dopo.