{{{sourceTextContent.title}}}

Ispirati da batteri e spermatozoi, gli scienziati creano micro-robot nuotatori

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Per più di un decennio, il laboratorio di Mingming Wu ha studiato i modi in cui i microrganismi, dai batteri alle cellule tumorali, migrano e comunicano con il loro ambiente. Il team di Wu ha inizialmente cercato di progettare e stampare in 3D un micro-robot che imitasse il modo in cui i batteri usano il flagello per spingersi.

{{{sourceTextContent.description}}}

Tuttavia questo sforzo è crollato. Presto iniziarono ad esplorare un approccio meno letterale. L'ostacolo principale era come alimentarlo. Come una persona deve strisciare prima di poter camminare, un micro-robot deve essere alimentato prima di poter nuotare.

"I batteri e gli spermatozoi fondamentalmente consumano materiale organico nel fluido circostante, e questo è sufficiente per alimentarli", ha detto Wu. "Ma per i robot ingegnerizzati è difficile, perché se portano una batteria, è troppo pesante per loro muoversi"

Il team ha avuto l'idea di usare onde sonore ad alta frequenza. Poiché gli ultrasuoni sono silenziosi, possono essere facilmente utilizzati in un ambiente di laboratorio sperimentale. Come bonus aggiuntivo, la tecnologia è stata considerata sicura per gli studi clinici dalla U.S. Food and Drug Administration.

Lavorando con la Cornell NanoScale Science and Technology Facility (CNF), l'ex ricercatore post-dottorato Tao Luo ha creato un nuotatore micro-robotico triangolare che sembra un insetto incrociato con un'astronave.

La caratteristica più importante del nuotatore è una coppia di cavità incise nella sua schiena. Poiché il suo materiale in resina è idrofobo, quando il robot è immerso in una soluzione, una piccola bolla d'aria viene automaticamente intrappolata in ogni cavità. Quando un trasduttore a ultrasuoni è puntato sul robot, la bolla d'aria oscilla, generando vortici - noti anche come flusso continuo - che spingono il nuotatore in avanti.

Altri ingegneri hanno precedentemente costruito nuotatori a "bolla singola", ma i ricercatori della Cornell sono i primi a sperimentare una versione che utilizza due bolle, ciascuna con un'apertura di diametro diverso nella loro rispettiva cavità. Variando la frequenza di risonanza delle onde sonore, i ricercatori possono eccitare entrambe le bolle - o sintonizzarle insieme - controllando così la direzione in cui il nuotatore viene spinto.

La sfida futura sarà quella di rendere i nuotatori biocompatibili, in modo che possano navigare tra le cellule del sangue che sono più o meno della loro dimensione. I futuri micro-nuotatori dovranno anche essere costituiti da materiale biodegradabile, in modo che molti bot possano essere spediti contemporaneamente. Nello stesso modo in cui solo un singolo spermatozoo deve avere successo per la fecondazione, il volume è la chiave. "Per la consegna di farmaci, si potrebbe avere un gruppo di nuotatori micro-robot, e se uno fallisce durante il viaggio, non è un problema. È così che la natura sopravvive", ha detto Wu. "In un certo senso, è un sistema più robusto. Più piccolo non significa più debole. Un gruppo di loro è imbattibile. Sento che questi strumenti ispirati alla natura sono in genere più sostenibili, perché la natura ha dimostrato che funziona"