Micro e nano-robot per diagnostica e prevenzione

Di Serg (Sergey Kornienko (?)) – [1], from the Swarmrobot.org project, GPL, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2203811

Abbiamo parlato di Robot Assisted Surgery, dove vengono applicati robot chirurgici che consentono all’operatore di eseguire interventi chirurgici con altissima precisione. Siamo passati poi a esplorare il mondo degli esoscheletri e robot fisioterapisti per la riabilitazione motoria e non solo. Cosa ci manca per ripercorrere le applicazioni principali che creano un importantissimo connubio tra robotica e medicina? I micro e nano-robot per la diagnostica e la prevenzione.

Vi starete chiedendo ma di cosa si tratta, cosa sono, sono quei piccolissimi animaletti che si vedono spesso nei servizi dei telegiornali? Qualcosa del genere, ma andiamo a capire meglio cosa vuol dire micro e nano-robotica. Partiamo dicendo che la micro e nano-robotica medica coinvolge diverse aree di studio come la medicina, l’ingegneria, la fisica e la robotica e ha iniziato e continuerà a rivoluzionare il trattamento, la diagnosi e la prevenzione in medicina.

La diagnosi e la prevenzione in medicina sono sempre le parole chiave per sconfiggere, prevenire e curare le malattie. Come ha recentemente spiegato il professor Guang-Zhong Yang in innumerevoli pubblicazioni scientifiche:

“il successo commerciale dei primi robot chirurgici ha ispirato nuovi dispositivi più piccoli, sicuri ed intelligenti, che puntano ad esplorare con sempre maggiore precisione il corpo umano per predire e prevenire le malattie. Ormai si progettano robot con braccia del diametro di un capello, capaci di vedere dentro e sotto gli organi, in grado di esaminare cellule senza più bisogno di biopsie, in modo da ottenere diagnosi sempre più precoci”.

Capiamo meglio cosa significa micro e nano-robotica e se vi è differenza fra le due.

Microrobotica

Partiamo proprio dalla microrobotica definita propriamente come la robotica in miniatura.

Senza dubbio ci ricorderemo del celebre film “Salto nel buio” di Joe Dante del 1987, ispiratosi per l’appunto al romanzo “Viaggio Allucinante” di Isaac Asimoov, in cui viene compiuto un esperimento di miniaturizzazione. La navicella con all’interno il tenente Pendleton viene miniaturizzata e attraverso una siringa iniettata all’interno del corpo dell’inconsapevole Jack. Un film che ci ha fatto tanto ridere con la celebre frase “Pronto! Mi sente?”.

Ci sembrava tutta fantascienza, ma in realtà al giorno d’oggi non siamo così lontani da tutto questo; senz’altro non miniaturizziamo navicelle con a bordo uomini ma sicuramente abbiamo la possibilità di utilizzare dei microrobot che monitorano l’interno del corpo umano.

Nanorobotica

Man mano che le dimensioni vanno al di sotto del micrometro entriamo nel regno della nanorobotica. A questa scala, la tecnologia si è spostata verso un maggiore controllo della struttura della materia, suggerendo la possibilità di ottenere un controllo completo delle strutture molecolari atomo per atomo, come Richard Feynman propose per la prima volta nel 1959 nel suo discorso profetico sulla miniaturizzazione:

“Quello di cui voglio parlare è il problema di manipolare e controllare le cose su piccola scala…” E continuò: “Al a livello atomico, abbiamo nuovi tipi di forze e nuovi tipi di possibilità, nuovi tipi di effetti. I problemi di fabbricazione e la riproduzione dei materiali sarà molto diversa. I principi della fisica, per quanto posso vedere, non parlano contro la possibilità di manovrare le cose atomo per atomo.”

Naturalmente, questa tecnologia che Feynman ha immaginato è ora chiamata nanotecnologia.

La Nanorobotica è lo studio della robotica su scala nanometrica, e comprende robot di dimensioni nanometriche, cioè, nanorobot (che devono ancora essere realizzati), e grandi robot in grado di manipolare oggetti che hanno dimensioni in una gamma nanometrica con risoluzione nanometrica, cioè i manipolatori nanorobotici.

Applicazioni

La miniaturizzazione di robot, chip nella medicina, nella genetica, nelle biotecnologie necessita di tecniche altamente sofisticate in grado di garantire un inserimento e posizionamento ottimale all’interno del corpo per poter soddisfare al meglio l’obiettivo prefissato; non è sufficiente posizionarli, è necessario soprattutto essere in grado di far muovere questi microrobot all’interno del corpo umano, fruttando le condizioni fisiologiche e anatomiche e innumerevoli tecniche fisiche.

Le nuove scoperte, la ricerca e l’esperienza di medici, ingegneri, fisici e biotecnologici ma non solo hanno permesso tutto questo. Non molti anni fa sono stati giusto appunto sperimentati dei microrobot in grado di “camminare”, “saltare”, “nuotare” all’interno del corpo. Come? I ricercatori senz’altro risponderebbero “Elementare Watson!”. Nei laboratori di Stoccarda gli scienziati hanno studiato un materiale morbido e snodabile, un elastomero, con delle proprietà elettromagnetiche. Queste ultime permettono al robot di essere manovrato e controllato da remoto all’interno del corpo umano in qualsiasi zona e liquido si trovi. Tutto questo è stato permesso grazie allo studio di particolari comportamenti della natura e degli esseri viventi, in particolare in questo caso gli studiosi hanno concentrato la loro attenzione sui bruchi, che assomigliano molto ai microrobot, e le meduse.

Manca però in questa grandissima scoperta un piccolissimo ma importantissimo tassello “la biodegradabilità”. Questi microrobot non sono in grado di degradarsi autonomamente, per questo sono stati pensati a scopo curativo, ovvero per rilasciare delle sostanze all’interno del corpo, per poi essere rimossi.

Vi starete chiedendo, ma come può un microrobot di questo tipo muoversi all’interno del corpo che presenta per esempio dei minuscoli interstizi? La risposta la possiamo trovare in un secondo grandissimo progetto, ancora in fase di sviluppo, CELLOIDS, il quale affronta la grande problematica di capire come far muovere dei microrobot all’interno dei tessuti e dei fluidi corporei in maniera semplice e autonoma. I ricercatori dell’istituto di BioRobotica della Scuola Universitaria Superiore Sant’Anna di Pisa, hanno messo in pratica proprio ciò che dicevamo prima, ovvero prendere ispirazione dalle nostre condizioni fisiologiche e anatomiche per sviluppare dei microrobot altamente funzionali.

In CELLOIDS i microrobot replicano il comportamento delle cellule del sistema immunitario, i globuli bianchi, in grado di modificare la loro forma in base all’ambiente circostante per entrare all’interno di piccoli interstizi, movimento definito ameboide.

Da tutti questi risultati nel campo della micro e nano tecnologia ci auguriamo che nei prossimi anni verranno fatte delle importantissime scoperte, a partire per esempio dai nanorobot complessi.

Questo succederà sicuramente in un futuro molto vicino e ci garantirà dei notevoli miglioramenti in ambito medico.