Micro robot somiglianti alle alghe (Canva) - systemscue.it
La nuova scoperta relativa a micro robot in grado di nuotare in ambienti strettissimi, apre nuovi interessantissimi scenari.
Un team di ricercatori del “Max Planck Institute for Intelligent Systems” (MPI-IS) di Stoccarda, ha sviluppato un innovativo micro nuotatore bio-ibrido, rivestito di materiale magnetico. E questo, dal momento che l’obiettivo di questo progetto è creare micro-robot guidabili in ambienti complessi, per applicazioni biomediche avanzate (come la somministrazione mirata di farmaci). Ricerca stata pubblicata sulla rivista “Matter”, la quale copre importanti studi nel campo della scienza dei materiali. Un lavoro rappresentante un passo significativo nella micro-robotica, combinando le capacità naturali di nuoto delle micro-alghe, con il controllo magnetico esterno.
In natura, le micro-alghe monocellulari son eccellenti nuotatrici. E poiché dotate di due flagelli simili a fruste, riescono a muoversi rapidamente, e con precisione, in ambienti acquatici. I ricercatori, si son persino chiesti se le alghe sarebbero state in grado di mantenere quest’abilità, anche dopo esser state rivestite con un sottile strato di chitosano (un polimero naturale); mescolato, inoltre, con nanoparticelle magnetiche. Tanto che la sfida consisteva nel vedere se i micro nuotatori potessero ancora muoversi attraverso spazi ristretti, e liquidi viscosi simili al muco.
Sorprendentemente, le micro-alghe non solo hanno mantenuto la loro capacità di nuoto anche dopo l’applicazione del rivestimento magnetico: ma grazie ai loro flagelli, si son mosse in avanti con una velocità media di 115 micrometri al secondo (circa 12 volte la loro lunghezza corporea al secondo). In confronto, un nuotatore olimpico come Michael Phelps raggiunge solo 1,4 lunghezze del corpo, al secondo: risultato dimostrante, infatti, che il carico aggiunto non ha compromesso le capacità di nuoto delle alghe, aprendo quindi la strada all’uso di micro-alghe rivestite come micro-robot bio-ibridi.
I ricercatori, guidati da Birgül Akolpoglu e Saadet Fatma Baltaci, hanno perciò testato la capacità di controllo dei micro nuotatori, in un liquido simile all’acqua. E utilizzando campi magnetici esterni, son riusciti a guidare le micro-alghe in direzioni precise. Creato un ambiente controllato, utilizzando cilindri stampati in 3D, con dimensioni solo tre volte superiori a quelle delle micro-alghe. Ragion per cui, il controllo magnetico ha permesso alle alghe di navigare attraverso spazi ristretti, dimostrando il potenziale per applicazioni in ambienti biologici complessi.
I bio-ibridi micro-algali son riusciti a muoversi nei micro-canali, seguendo tre schemi principali: backtracking (ritorno indietro); crossing (attraversamento); e magnetic crossing (attraversamento guidato magneticamente). Senza guida magnetica, infatti, le alghe si bloccavano spesso, o tornavano al punto di partenza: con il controllo magnetico, invece, son riuscite a navigare in modo fluido e preciso, dimostrando di poter rispondere a stimoli esterni come un vero “GPS biologico”.
Per simulare un ambiente corporeo realistico, i ricercatori hanno dunque aumentato la viscosità del fluido, così da ricreare una consistenza simile al muco. E la maggior viscosità, ha quindi rallentato il movimento delle micro-alghe, modificando il loro schema di nuoto. Certo, con l’applicazione del campo magnetico, i micro-robot hanno mostrato una sorprendente capacità di adattamento, muovendosi in avanti con un movimento oscillante a zigzag. Andando a evidenziare come la combinazione di guida magnetica e regolazione della viscosità, possa ottimizzare la navigazione in ambienti complessi.
L’obiettivo finale del progetto è comunque sviluppare micro-robot bio-ibridi, capaci di trasportare e rilasciare farmaci in modo mirato, all’interno del corpo umano. Una capacità, quella di dirigere le micro-alghe attraverso ambienti viscosi e complessi, la quale apre prospettive promettenti per la medicina di precisione. Potendo esser utilizzati, siffatti micro-robot, per trattare malattie localizzate, come il cancro o altre infezioni (con un livello di precisione, oltretutto, mai raggiunto prima).
I risultati di questo studio segnano, in tal modo, un importante progresso nella micro-robotica bio-ibrida. E il controllo magnetico delle micro-alghe, un passo avanti nella creazione di sistemi di trasporto cellulare intelligente. La possibilità di manipolare micro-robot in ambienti biologici complessi, apre la strada a future applicazioni in biomedicina, nano-medicina e bioingegneria; con i ricercatori ora impegnati a migliorare ulteriormente le prestazioni dei micro-robot, esplorando quindi nuovi materiali e strategie per ottimizzare appunto la navigazione e la capacità di carico.