I ricercatori della University of Illinois a Urbana-Champaign e del MIT il Massachutes Institute Of Technology hanno creato una nuova classe di robot biologici (Bio-bot), costituite da delle strutture stampate in 3d e da delle cellule muscolari viventi che si muovono in risposta alla stimolazione della luce. I bio-bot potrebbero essere utilizzati nel campo della salute, del rilevamento, e nelle applicazioni ambientali.
Come spiegato in un articolo recentemente pubblicato su Proceedings rivista scientifica della National Academy of Sciences, i minuscoli bio-bot sono stati progettati per rispondere alla luce, dando ai ricercatori il controllo totale sul loro movimento. Quando una sorgente di luce viene proiettata, per esempio, ad una frequenza superiore, i bio-bot si muovono più velocemente. I robot stampati in 3d potrebbero eventualmente essere utilizzati per la somministrazione di farmaci non invasivi e altre applicazioni.
Quindi, come si fa a creare un piccolo robot biologico in grado di camminare ? Per i ricercatori, guidati da Rashid Bashir, del dipartimento di bioingegneria presso la University of Illinois a Urbana-Champaign, la migliore risposta a questa domanda vede coinvolti anelli di tessuto muscolare in combinazione con piccole impalcature stampate in 3D. Realizzate con la tecnica di stampa stereolitografia , queste impalcature che hanno la forma di un palo di una porta di calcio sono state ciascuna avvolte in un anello di tessuto muscolare di tipo light-responsive prelevato dalla linea cellulare di un topo, risultante in un rapporto muscolo scheletrico simile a quello trovato in molti organismi naturali. “Quasi tutto ciò che facciamo in ingegneria cerca di replicare la bellezza e la complessità di ciò che troviamo in natura”, ha spiegato Bashir.
Secondo gli scienziati coinvolti nella ricerca innovativa, il controllo dei bio-robot con la luce rappresenta un metodo più sicuro ed efficace del controllo attraverso altri mezzi come l’elettricità, che possono causare effetti collaterali negativi. “La luce è un modo non invasivo per controllare queste macchine”, ha detto Bashir. “Ci dà la flessibilità nella progettazione e nel movimento. La linea di fondo di ciò che stiamo cercando di realizzare è la progettazione di sistemi biologici avanzati, e pensiamo che il controllo della luce sia un passo importante in quella direzione”.
Scelte importanti di progettazione sono state fatte durante la costruzione e stampa 3D degli anelli muscolari con dimensioni da 7mm a 2cm . ” Gli anelli del muscolo scheletrico li abbiamo ingegnerizzati a forma di anelli o bande di gomma perché vogliamo loro di essere modulari”, ha detto lo studente laureato Ritu Raman, primo autore dell’articolo. “Questo significa che li possiamo trattare come blocchi che possono essere combinati con qualsiasi struttura interna stampata in 3d in grado di rendere i bio-bot adatti per una varietà di applicazioni diverse. ”
Oltre alla costruzione modulare, gli anelli muscolari sottili hanno il vantaggio di consentire allla luce e ai nutrienti di diffondersi nel tessuto da tutti i lati. Questo contrasta con precedenti modelli di bio-bot, che hanno utilizzato una spessa striscia di tessuto muscolare fatta crescere attorno alla struttura interna.
I ricercatori hanno anche voluto rendere possibile un robot più forte, quindi hanno cercato strutture interne di una varietà di forme e di dimensioni per trovare quale configurazioni hanno generato il movimento più netto, che si rivela essere qualcosa di simile a come un piccolo verme si muove. Essi hanno inoltre esercitato gli anelli muscolari con esercizi quotidiani, innescando il muscolo con una luce lampeggiante, per renderli più forti in modo che i bot fossero in grado di spostarsi più lontano ad ogni contrazione.
“E’ un progetto molto più flessibile”, ha aggiunto Bashir. “Con gli anelli, siamo in grado di collegare due articolazioni o die cerniere sulla struttura interna stampata in 3d. Siamo in grado di avere più gambe e anelli multipli. Con la luce, siamo in grado di controllare quali cose e in quali direzione si muovono. Le persone possono utilizzare questa qualità per costruire un sistema di ordine superiore “.
