I mini robot stanno arrivando in un ospedale vicino a voi?

Di Mary Brophy Marcus

2 agosto 2022 - Immaginate di essere trasportati in sala operatoria dove vi attende l'équipe chirurgica: il chirurgo, l'anestesista e... un minuscolo granchio robot.

Gli scienziati della Northwestern University hanno costruito un piccolissimo granchio robot che un giorno potrebbe svolgere compiti chirurgici delicati: entrare nel vostro corpo per suturare piccole arterie rotte, ripulire arterie ostruite o individuare tumori cancerosi.

Il granchio a sei zampe e largo mezzo millimetro, descritto in un recente numero di Science Robotics, è il più piccolo robot deambulante telecomandato al mondo. È in grado di piegarsi, torcersi, camminare e saltare e viene azionato con un laser telecomandato.

È uno dei più recenti progressi di una ricerca decennale che mira a creare macchine in miniatura per svolgere lavori pratici in luoghi difficili da raggiungere. Questo crostaceo sintetico e altri "microrobot" potrebbero aiutare le équipe chirurgiche prima di quanto si pensi, grazie ai progressi della robotica e della scienza dei materiali. Ma cosa deve succedere prima che questo futuro diventi realtà?

La creazione di un granchio robot

Realizzare un granchio robot delle dimensioni di una pulce è "piuttosto semplice", afferma l'ingegnere bioelettronico John Rogers, PhD, che ha guidato la ricerca. "È composto da tre tipi di materiali: un polimero, una lega a memoria di forma e il vetro".

Il polimero, un materiale simile alla plastica, è utilizzato nella microelettronica. Il secondo componente, la lega metallica a memoria di forma, si lega al polimero per formare le articolazioni e le gambe. Il terzo componente è un sottile rivestimento di vetro applicato all'intera superficie esterna del corpo del robot.

"Il vetro fornisce un esoscheletro. Conferisce rigidità all'intero corpo del robot", spiega Rogers.

L'operatore del robot punta un laser in un punto specifico del granchio, innescando un meccanismo termico che fa muovere il robot.

"Puntando il laser su alcuni arti, possiamo creare un'andatura specifica", dice Rogers, spiegando che il calore "dispiega" il granchio. Quando il robot si raffredda, ritorna alla sua forma originale. Questo piegarsi e dispiegarsi crea la locomozione: il granchio cammina.

Rogers attribuisce agli studenti il merito di aver scelto il granchio - a loro piaceva il modo in cui si muoveva lateralmente - ma dice che qualsiasi creatura potrebbe essere resa più piccola.

Come utilizzeremo i piccoli robot in medicina?

Anche se Rogers esita a vendere un uso medico specifico, le applicazioni chirurgiche sembrano le più promettenti per questa tecnologia. Per l'uso in profondità all'interno del corpo umano, dice Rogers, "probabilmente ci vorrebbe un nuotatore, come un pesce". Ci sono altri gruppi che stanno lavorando su nuotatori".

Renee Zhao, PhD, professore assistente di ingegneria meccanica all'Università di Stanford, è uno di questi scienziati. In un nuovo articolo di Nature Communications, lei e i suoi colleghi hanno presentato il loro "millirobot anfibio anfibio senza fili abilitato alla rotazione". (Dillo cinque volte velocemente).

Il mini-robot, grande più o meno come un polpastrello, ha l'aspetto di un piccolo cilindro e presenta un motivo ispirato agli origami che si attorciglia e si piega. Scivola attraverso liquidi viscosi e su superfici e masse scivolose (come gli organi umani), rotolando, capovolgendosi e ruotando con l'aiuto di un magnete remoto. Il ripiegamento e il dispiegamento del cilindro fungono da meccanismo di pompaggio e possono essere utilizzati per la somministrazione mirata di un farmaco liquido. Potrebbe, ad esempio, trasportare farmaci nel corpo per aiutare a fermare un'emorragia interna, spiega Zhao.

"Stiamo migliorando il sistema ridimensionandolo ulteriormente per applicazioni biomediche in ambienti più ristretti, come i vasi sanguigni", spiega Zhao.

Nel loro articolo, Zhao e i suoi coautori notano anche che mini telecamere e mini pinze potrebbero essere inserite nei millirobot per eseguire procedure di endoscopia e biopsia, che in teoria potrebbero comportare meno rischi per i pazienti rispetto alle tecniche attuali.

Ma ci sono stati molti tentativi ed errori durante la fase di progettazione del robot, dice Zhao.

"La parte più difficile è stata quella di ottimizzare le prestazioni di nuoto", spiega Zhao, perché la densità del robot deve essere molto vicina a quella del liquido in cui "nuota".

Il prossimo passo

Al momento, il robot anfibio di Zhao è ancora nelle fasi di sperimentazione che precedono i test sugli animali. Se supererà questi ostacoli, sarà studiato in test clinici sull'uomo.

Ciò significa che probabilmente ci vorranno anni prima che i cilindri nuotatori - o i granchi robot, se è per questo - aiutino le équipe di chirurgia cardiaca o suturino gli organi.

"Si tratta di un lavoro esplorativo in fase iniziale", spiega Rogers. "Stiamo cercando di introdurre idee come parte di una comunità più ampia di ricercatori che perseguono tecnologie micro-robotiche, con la speranza che col tempo queste tecnologie portino a usi clinici pratici per scopi chirurgici. Si tratta di un punto di partenza".