Flexibots: micro robot morbidi, intelligenti e biodegradabili l’ambito sanitario

Progetto di ricerca congiunta tra l’Università di Bolzano e il Politecnico di Zurigo per interventi senza bisturi e chemio mirata

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Flexibots
Un micro robot Flexibots visto al microscopio.

Micro robot morbidi, flessibili, biocompatibili, intelligenti e autonomi, nuotano nei liquidi e rispondo agli stimoli, di dimensioni microscopiche o millimetriche, in grado di essere introdotti nel corpo umano, senza bisturi e interventi chirurgici, e di raggiungere organi e parti del corpo dall’interno, per somministrare farmaci, come chemioterapici, in modo preciso e in dosi minime oppure per operare interventi e biopsie: sono i “Flexibots”.

A progettare questi micro robot è stato un gruppo di ricercatori della Facoltà di Ingegneria dell’Università di Bolzano, guidato dal professor Niko Münzenrieder, con il supporto del ricercatore Giuseppe Cantarella dell’Università di Modena e Reggio Emilia, nonché dal gruppo di robotica multiscala dell’ETH di Zurigo, guidato dal professor Bradley Nelson.

La ricerca si chiamaFlexibots”, progetto internazionale promosso dalla Fondazione Nazionale Svizzera per la Scienza e della Provincia di Bolzano, che ha combinato l’expertise di Ingegneria di UniBz – del laboratorio di Elettronica flessibile – nella progettazione e fabbricazione di elettronica impercettibile, unendole con le conoscenze del team svizzero nella miniaturizzazione di robot capaci di navigare in micro-ambienti complessi.

Iniziata a febbraio del 2021, la ricerca si è appena conclusa e apre a avveniristiche possibili applicazioni in ambito medico, e non solo. I micro robotFlexibots” potrebbero potenzialmente anche essere usati per ispezionare l’interno di macchinari, come turbine o motori, in spazi molto ristretti che uomini o endoscopi non possono facilmente raggiungere.

I micro robotFlexibotsprogettati dai ricercatori altoatesini e svizzeri sono morbidi, flessibili, biocompatibili, riconfigurabili e senza fili, in grado di rispondere a stimoli ambientali, elaborare informazioni e comunicare in modalità senza fili. Questi dispositivi sono inoltre molto piccoli: possono essere di pochi millimetri, o anche meno. E sono capaci di muoversi attraverso i liquidi, come il sangue, e di svolgere una serie di compiti. A seconda dei casi, possono essere anche biodegradabili, e dunque essere inseriti nel corpo umano, svolgere il proprio compito, e poi dissolversi nei liquidi umani.

Date le caratteristiche, offrono grandi possibilità per applicazioni biomediche come terapie minimamente invasive, manipolazione cellulare e ingegneria dei tessuti. Questi micro robot sono propulsi e diretti da campi magnetici, ma le loro dimensioni ridotte e le speciali proprietà chimiche, biologiche e magnetiche richiedono che siano costruiti in polimeri e compositi funzionali utilizzando tecniche avanzate di microfabbricazione 3D.

I componenti elettronici tradizionali in commercio sono troppo grandi per questi micro dispositivi. Il team della Libera Università di Bolzano ha quindi integrato componenti elettronici a film sottile direttamente sui “Flexibots”: tali componenti, che hanno uno spessore nanometrico, sono ultra-leggeri e possono adattarsi perfettamente alle loro forme uniche. Vengono fabbricati e caratterizzati nel laboratorio di elettronica flessibile della facoltà di Ingegneria di UniBz al NOI Techpark di Bolzano, e installati su micro robot semifiniti. Successivamente, la fabbricazione viene completata all’ETH di Zurigo.

«La fabbricazione di elettronica su macchine così piccole e sensibili alla temperatura presenta le sue sfide – spiega Niko Münzenrieder, che ha guidato la ricerca a Bolzano -. Pertanto, abbiamo sviluppato una tecnologia specializzata per realizzare elettronica ad alte prestazioni basata su semiconduttori ossidici. Negli ultimi anni, abbiamo integrato con successo una varietà di dispositivi elettronici attivi – come sensori, transistor e antenne – direttamente sui micro robot. Queste innovazioni consentono ai robot di percepire l’ambiente circostante e comunicare, avvicinandoci sempre di più alla realizzazione potenziale dei micro robot nelle applicazioni mediche».

«Questo progetto è un chiaro esempio della strategia della Facoltà di Ingegneria, volta a supportare lo sviluppo di tecnologie per il miglioramento della qualità della vita, della sicurezza e della salute degli utenti o degli operatori – spiega il preside di Ingegneria di UniBz, Andrea Gasparella -. Una strategia che si avvale del potenziale di competenze e eccellenze interne alla facoltà e di una rete di collegamenti con primarie istituzioni di ricerca a livello nazionale e internazionale».

 

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