C’era una volta la robotica. C’è oggi anche la biorobotica, l’evoluzione bio della robotica, che si occupa dello sviluppo di macchine ispirate alla natura ed ai principi che la regolano. L’obiettivo è quello di approfondire le conoscenze sul funzionamento dei sistemi biologici e utilizzarle per sviluppare tecnologie innovative sia per la progettazione e realizzazione di robot bioispirati caratterizzati da prestazioni molto avanzate, sia per sviluppare dispositivi per applicazioni biomediche, in particolare in chirurgia e terapia mini-invasiva. La nuova frontiera della biorobotica è rappresentata da robot non convenzionali che si muovono grazie all’integrazione di parti artificiali con cellule e tessuti viventi: i robot bioibridi. Cosa sono? Quali le possibili applicazioni? In che modo la biorobotica ridisegnerà il nostro futuro?
Ne abbiamo parlato con Leonardo Ricotti dell’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, primo autore di una review recentemente pubblicata su Science Robotics, che descrive il percorso di ricerca nel campo della robotica bioibrida degli ultimi quindici anni. Ricotti in particolare si occupa di medicina rigenerativa (che consiste nel ricostruire in laboratorio dei tessuti umani da impiantare poi in pazienti affetti da patologie o traumi), di organi artificiali bionici, di micro/nanomedicina e di robotica bioibrida.
Professor Ricotti, perché lavorare allo sviluppo di robot bioibridi?
“I robot bioibridi sono robot non convenzionali, il cui movimento non è determinato da motori artificiali, come in pressoché tutti i robot attuali, ma da cellule viventi, quali batteri, cellule cardiache o cellule muscolari scheletriche, che sono integrate all’interno del dispositivo artificiale. Il vantaggio principale consiste nello sfruttare le caratteristiche uniche delle cellule viventi, che sono ottimizzate da milioni di anni di evoluzione naturale. Queste consentono movimenti fluidi ed efficienti sia alla macro che alla micro-scala e inoltre, essendo costituiti da cellule e tessuti viventi, sono intrinsecamente morbidi, flessibili e deformabili. Risultano quindi un’ottima soluzione per lo sviluppo di robot non rigidi, capaci di eseguire compiti in modo più fluido ed elegante rispetto ai robot tradizionali. Le cellule viventi poi sono alimentate chimicamente da glucosio e altri nutrienti, e quindi non richiedono l’utilizzo di alcuna batteria – fattore che consente una miniaturizzazione estrema di questi robot, miniaturizzazione che non sarebbe possibile utilizzando motori completamente artificiali”.
Quali sono invece le principali sfide e difficoltà nella loro utilizzazione?
“Per esempio usare tessuti muscolari ingegnerizzati in laboratorio per l’attuazione di robot, come accade per gli attuatori di nuova generazione, è intrigante e molto promettente, ma è necessario lo sviluppo di alcune tecnologie che rendano possibile tutto questo. In primo luogo, è necessaria una strategia per mantenere in vita questi tessuti, rifornendoli di sostanze nutrienti (come avviene nel nostro corpo) e mantenendoli in condizioni controllate di temperatura e pH. Un’opportunità interessante in questo campo di ricerca è l’utilizzo di cellule di insetto, anziché di mammifero: tali cellule infatti sono molto più robuste e possono rimanere funzionali in un intervallo più ampio di temperature, valori di pH e, in generale, in condizioni ambientali avverse. Sono quindi promettenti in vista della realizzazione di robot bioibridi robusti e adattabili a diversi contesti applicativi.
Il film fantascientico Fantastic Voyage, in cui un sottomarino viene miniaturizzato fino alle dimensioni di una cellula ed iniettato nell’arteria carotide del protagonista per distruggere un embolo, sta dunque per diventare realtà?
“Anche se ovviamente miniaturizzare persone e oggetti è tuttora fantascienza, possiamo dire che ad oggi ci sono soluzioni che dimostrano di poter raggiungere in modo controllato cellule tumorali o altri distretti patologici all’interno del nostro corpo, per eseguire delle terapie mirate. Questo non è più fantascienza e l’ambito della micro/nanomedicina sta muovendo i suoi passi molto velocemente. In questo ambito, microrobot bioibridi attuati da batteri sono stati recentemente utilizzati con successo per trattare dei tessuti tumorali su modelli animali. La robotica bioibrida sta quindi dimostrando di poter giocare un ruolo importante in questo scenario”.
In che modo? Come sogna il futuro della biorobotica?
“Credo che la biorobotica possa rivoluzionare in primo luogo molte procedure mediche e chirurgiche, con un impatto enorme sulle strategie terapeutiche dei prossimi decenni e, di conseguenza, sulla salute e la qualità della vita dei pazienti. Questo riguarda i robot bioibridi, ma anche tecnologie robotiche impiantabili cronicamente all’interno del nostro corpo, che possono supplire a organi o tessuti che non funzionano più a dovere. Per immaginare soluzioni innovative e che possano davvero cambiare la vita delle persone è sicuramente necessaria una buona dose di creatività, unita però alla preparazione tecnica e alla capacità di ascoltare e saper cogliere le esigenze tuttora irrisolte di medici, chirurghi e pazienti. Inoltre, la biorobotica può avere un ruolo importantissimo anche al di fuori dell’ambito medico, con lo sviluppo di tecnologie sempre più avanzate che possano essere di servizio e di beneficio per l’umanità”.
Riferimenti: Science Robotics
