Minuscoli robot in metallo e plastica

Costruiti robot in metallo e plastica così piccoli da poter manovrare attraverso i nostri vasi sanguigni e somministrare farmaci in determinati punti del corpo.

I ricercatori perseguono questo obiettivo da anni. Ora, gli scienziati dell'ETH di Zurigo sono riusciti per la prima volta a costruire tali micromacchine in metallo e plastica, in cui questi due materiali sono collegati strettamente come anelli di una catena. Ciò è possibile grazie a una nuova tecnica di produzione che hanno ideato.

«Metalli e polimeri hanno proprietà diverse ed entrambi i materiali offrono alcuni vantaggi nella costruzione di micromacchine. Il nostro obiettivo era di beneficiare simultaneamente di tutte queste proprietà combinando le due», spiega Carlos Alcântara, ex dottorando nel gruppo di Salvador Pané presso l'Istituto di Robotics and Intelligent Systems e uno dei due autori principali dell'articolo.

Di norma, le micromacchine sono alimentate dall'esterno del corpo utilizzando campi magnetici, il che significa che devono avere parti metalliche magnetiche installate. I polimeri, al contrario, hanno il vantaggio di poter essere utilizzati per costruire componenti morbidi e flessibili così come parti che si dissolvono all'interno del corpo. Se il farmaco è incorporato in questo tipo di polimero solubile, è possibile fornire selettivamente sostanze attive a determinati punti del corpo.

Metodo di produzione ad alta tecnologia

Alla base del nuovo metodo di produzione c'è l'esperienza del professore ETH Salvador Pané. (1) Da anni lavora con una tecnica di stampa 3D ad alta precisione che produce oggetti complessi a livello micrometrico, una tecnica nota come litografia 3D. Gli scienziati dell'ETH hanno applicato questo metodo per produrre una sorta di stampo o modello per le loro micromacchine. Questi modelli hanno scanalature strette che fungono da “negativo” e possono essere riempiti con i materiali scelti.

Usando la deposizione elettrochimica, gli scienziati riempiono alcune delle scanalature con metallo e altre con polimeri prima di dissolvere definitivamente la sagoma con solventi.

«Il nostro gruppo interdisciplinare è composto da ingegneri elettrici, ingegneri meccanici, chimici e scienziati dei materiali che lavorano tutti a stretto contatto. Questa è stata la chiave per lo sviluppo di questo metodo», afferma Fabian Landers, (2) uno studente di dottorato nel gruppo di Pané. Il dottor Fabian Landers è l'altro autore principale dell'articolo, che è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications. (3)

Veicolo con minuscole ruote magnetiche

Come prova di principio per la realizzazione di micromacchine mediante materiali ad incastro, gli scienziati dell'ETH hanno creato vari minuscoli veicoli con telaio in plastica e ruote metalliche magnetiche alimentate da un campo magnetico rotante. Alcuni veicoli possono essere spinti su una superficie di vetro, mentre altri, a seconda del polimero utilizzato, possono galleggiare in un liquido o su una superficie liquida.

Gli scienziati stanno ora progettando di perfezionare le loro micromacchine a due componenti e di sperimentare altri materiali. Inoltre, cercheranno di creare forme e macchine più complesse, comprese alcune che possono piegarsi e aprirsi da sole. Oltre a fungere da “traghetti” che distribuiscono sostanze attive, le future applicazioni delle micromacchine includono il trattamento di aneurismi (rigonfiamenti nei vasi sanguigni) o l'esecuzione di altre procedure chirurgiche. Un altro obiettivo della ricerca è realizzare stent (supporti per vasi a forma di tubo) che si aprono e possono essere posizionati in un punto specifico del corpo utilizzando campi magnetici.

Riferimenti:

(1) Salvador Pané

(2) Fabian Landers

(3) Mechanically interlocked 3D multi-material micromachines

Descrizione foto: Computer grafica di un microveicolo con ruote in ferro (oro) e telaio in polimero (rosso). Il veicolo misura solo 0,25 millimetri di lunghezza. - Credit: Visualisations: Alcântara et al. Nature Communications 2020.

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Miniscule robots of metal and plastic