La robotica bioibrida sta esplorando una direzione molto diversa da quella dei robot costruiti interamente in laboratorio: usare organismi viventi come piattaforme di movimento e aggiungere elettronica, sensori e componenti miniaturizzati per guidarli o ampliarli. In questo filone rientra il lavoro sviluppato da Nanyang Technological University, Singapore — NTU Singapore — e Waseda University in Giappone, che hanno progettato una piccola tuta subacquea stampata in 3D per scarafaggi cyborg. Il sistema permette agli insetti di sopravvivere e muoversi sott’acqua o in ambienti poveri di ossigeno per un tempo dichiarato fino a tre ore. Lo studio è stato pubblicato su Nature Communications con il titolo “Underwater Suit-Wearing Cyborg Insect Capable of Hours-Long Diving and Terra-Aqua Travel”.
Non si tratta di uno scarafaggio robotico, ma di un insetto vivo equipaggiato con elettronica
La distinzione è importante. Un robot miniaturizzato deve portare con sé batterie, attuatori, motori, sistema di controllo e struttura meccanica. Uno scarafaggio cyborg, invece, usa ancora le proprie zampe, i propri muscoli e la propria capacità naturale di muoversi in spazi stretti, su superfici irregolari e dentro fessure dove molti robot tradizionali avrebbero difficoltà. L’elettronica serve a guidare l’insetto, non a sostituirne la locomozione.
Secondo NTU Singapore, questa scelta riduce molto il fabbisogno energetico rispetto ai microrobot artificiali, perché il movimento non dipende da piccoli motori elettrici alimentati da batterie. Il sistema elettronico può includere controllori, sensori, batterie e comunicazione wireless, mentre l’insetto mantiene il ruolo di piattaforma biologica capace di avanzare, arrampicarsi e superare ostacoli.
Il limite principale: l’acqua
Gli scarafaggi terrestri non respirano come un mammifero. L’ossigeno entra attraverso aperture chiamate spiracoli e viene distribuito nel corpo tramite il sistema tracheale. Quando l’insetto viene immerso, non può assorbire ossigeno dall’acqua. Questo limita l’uso degli insetti cyborg in scenari dove sono presenti pozzanghere profonde, macerie allagate, gallerie parzialmente sommerse, fognature, condotte o ambienti con anidride carbonica e poco ossigeno.
Il lavoro di NTU Singapore e Waseda nasce proprio da questa limitazione: se lo scarafaggio cyborg è utile perché entra dove un robot non entra, deve poter continuare a lavorare anche quando il percorso non è asciutto. Nei test descritti nello studio, un insetto cyborg senza tuta guidato verso l’acqua perdeva la capacità di movimento entro circa 45 secondi, mentre gli esemplari dotati della tuta hanno attraversato tratti con CO₂ e acqua mantenendo la locomozione.
Come funziona la tuta subacquea stampata in 3D
La tuta è composta da tre elementi principali: un serbatoio generatore di ossigeno, un guscio flessibile impermeabile e quattro tubicini in silicone che portano l’ossigeno agli spiracoli toracici dello scarafaggio. Il serbatoio è stato stampato in 3D con una resina di tipo PMMA, mentre il guscio è realizzato in materiale flessibile e modellato sulla forma dell’addome dell’insetto.
La parte chimica usa una reazione controllata tra perossido di idrogeno e biossido di manganese. Il biossido di manganese agisce da catalizzatore e favorisce la decomposizione del perossido di idrogeno, producendo ossigeno e acqua. Per evitare bolle violente, perdite o instabilità nel movimento, il catalizzatore viene depositato su una spugna di cellulosa. Una membrana microporosa idrofobica in PTFE lascia passare il gas ma blocca il liquido. In questo modo l’ossigeno generato entra nella tuta e viene convogliato verso gli spiracoli, mentre la soluzione chimica resta confinata nel serbatoio.
Perché serve la stampa 3D
La stampa 3D non è un elemento decorativo del progetto. Le dimensioni sono molto ridotte, l’adattamento al corpo dell’insetto deve essere preciso e i componenti devono restare leggeri. Lo studio cita serbatoio, connettori per gli spiracoli, guscio e componenti personalizzati: sono parti che devono seguire la morfologia dello scarafaggio e nello stesso tempo resistere all’acqua, non ostacolare troppo il movimento e garantire una connessione respiratoria stabile.
Nel caso del serbatoio dell’ossigeno, la stampa 3D consente di produrre un componente compatto, con forma specifica e volumi interni adatti alla reazione chimica. Nel caso del guscio, il vantaggio è la personalizzazione sulla forma dell’addome. La tuta deve aderire, ma non bloccare l’animale. Deve impedire all’acqua di entrare, ma lasciare allo scarafaggio la possibilità di camminare. È un problema di micro-progettazione, non solo di miniaturizzazione.
La scelta dello scarafaggio del Madagascar
La specie usata è lo scarafaggio soffiante del Madagascar, Gromphadorhina portentosa. È una specie già usata in diversi studi sugli insetti cyborg perché ha dimensioni sufficienti per portare piccoli dispositivi, è robusta e non ha ali sviluppate come altre specie. Secondo i dati dello studio, gli esemplari adulti utilizzati avevano un peso medio di 5,5 grammi e una lunghezza media di circa 6 centimetri.
Il carico è un punto critico. Lo studio riporta una tuta di 5,5 ± 0,3 grammi e un backpack impermeabilizzato da 0,7 grammi. Il tutto resta al di sotto della capacità di carico indicata per questa specie, lasciando margine per futuri sensori o ulteriori componenti.
I test in acqua, CO₂ e spazi stretti
I ricercatori hanno costruito ambienti sperimentali per simulare condizioni difficili: tubi plastici, tratti allagati, aree con anidride carbonica e passaggi stretti. In un test è stato usato un tunnel lungo 1,7 metri con sezione di 5 × 5 centimetri, composto da una zona con CO₂ e una zona piena d’acqua. Tre prove indipendenti con la tuta hanno dato esito positivo: gli insetti cyborg hanno attraversato entrambe le zone mantenendo l’attività motoria.
Un altro test ha riguardato un passaggio sommerso alto 2 centimetri in una vasca esterna. Per superare questo tipo di spazio, i ricercatori hanno usato anche una configurazione con backpack e batteria impiantati all’interno del corpo, così da ridurre le sporgenze esterne che avrebbero potuto incastrarsi. È un dettaglio che mostra quanto il passaggio dal laboratorio al campo sia complesso: non basta far respirare l’insetto sott’acqua, bisogna evitare che il pacchetto elettronico lo renda troppo ingombrante.
Soccorso, infrastrutture e ispezioni: dove potrebbe servire
L’applicazione più citata è la ricerca e soccorso in aree colpite da disastri. Dopo piogge intense, alluvioni o crolli, molti percorsi tra le macerie possono essere parzialmente sommersi o pieni di gas. Un robot tradizionale può essere troppo grande, troppo rigido o troppo energivoro; un insetto cyborg può invece sfruttare il proprio corpo per muoversi tra fessure e detriti.
NTU Singapore indica anche usi per l’ispezione di infrastrutture: tubazioni allagate, scarichi, gallerie, cunicoli e spazi difficili da raggiungere. Il gruppo di Hirotaka Sato lavora da più di un decennio sugli insetti cyborg e la stessa NTU segnala che i propri sistemi sono già stati impiegati in attività operative di ricerca e soccorso, come Operation Lionheart dopo il terremoto di magnitudo 7,7 in Myanmar del 28 marzo. La tuta subacquea non è presentata come tecnologia già pronta per interventi sul campo, ma come estensione di una piattaforma bioibrida che ha già una storia applicativa.
Il ruolo di NTUitive e della protezione brevettuale
Il progetto è sostenuto anche dall’iniziativa NTU Innovation and Entrepreneurship e ha una domanda di brevetto depositata tramite NTUitive, la società di innovazione e trasferimento tecnologico dell’università. Questo indica che il lavoro non viene visto soltanto come esperimento accademico, ma come una tecnologia con possibili sviluppi applicativi.
Una tecnologia utile, ma con domande etiche da non ignorare
La robotica bioibrida porta con sé questioni diverse da quelle della robotica tradizionale. Qui non si parla di un attuatore meccanico, ma di un organismo vivente equipaggiato con componenti elettronici, tubi, gusci, stimolatori e, in alcune configurazioni, elementi impiantati. I ricercatori dichiarano che gli insetti sono stati trattati secondo linee guida di ricerca e che nessun esemplare è stato danneggiato; NTU afferma anche che i tubi fissati agli spiracoli possono essere rimossi senza dolore o danno.
Resta però un tema da affrontare con chiarezza, soprattutto se queste tecnologie dovessero uscire dal laboratorio. L’uso di organismi viventi come piattaforme robotiche richiede protocolli, limiti, controlli e trasparenza. Nel soccorso e nelle ispezioni infrastrutturali il beneficio potenziale è evidente, ma va bilanciato con il benessere animale e con regole operative precise.
Non è fantascienza, ma nemmeno un prodotto pronto per il mercato
La notizia colpisce perché l’immagine dello scarafaggio con una piccola tuta da immersione sembra uscita da un racconto di fantascienza. In realtà il punto tecnico è molto concreto: rendere anfibia una piattaforma bioibrida che prima era limitata all’ambiente terrestre.
Il progetto deve ancora affrontare prove più dure: durata nel tempo, affidabilità in acqua sporca, urti, fango, detriti, sostanze chimiche, recupero degli insetti dopo la missione, integrazione con sensori, navigazione e controllo di gruppo. NTU e Waseda indicano infatti come prossimi passaggi il test in ambienti simulati di disastro, il miglioramento della durabilità e l’integrazione di sensori e sistemi di navigazione.
Per la stampa 3D, il caso è interessante perché mostra una delle sue funzioni più difficili da sostituire: produrre componenti personalizzati, piccoli, leggeri e adattati a un corpo biologico irregolare. Non è una staffa, non è un prototipo estetico, non è un pezzo di ricambio: è un’interfaccia tra organismo vivente, chimica dell’ossigeno, elettronica e ambiente subacqueo.
In questo senso la tuta per scarafaggi cyborg è una dimostrazione estrema, ma utile, di ciò che la produzione additiva può fare quando il problema non è “stampare un oggetto”, ma costruire un componente su misura per un sistema complesso.
