Robot ispirati ai vermi marini: l’idea in un progetto di ricerca italiano

Una struttura molle e flessibile, capace di muoversi all’interno di piccole cavità e di reagire autonomamente agli impulsi provenienti dall’ambiente circostante. I robot del futuro potrebbero ispirarsi ai vermi marini: l’idea è al centro di un progetto di ricerca denominato Mapworms e che mira a realizzare dei nuovi robot bioispirati per eseguire operazioni che altrimenti risulterebbero impossibili.

Lo studio, che ha una durata di quattro anni ed è finanziato dall’Unione Europea, è nato grazie all’intuizione di alcuni ricercatori italiani che, attraverso l’osservazione di alcuni anellidi marini, ha pensato si potesse replicare quanto avviene in natura anche per la robotica, sostituendo al metallo delle sostanze molli.

Luigi Musco, professore di zoologia dell'Università del Salento e biologo marino del CoNISMa, esperto di questi organismi, è stato tra i primi a pensare che si potessero replicare le straordinarie capacità di movimento degli anellidi attraverso il loro studio: «Le mie ricerche sono iniziate quando ancora lavoravo presso la Stazione Zoologica Anton Dohrn di Napoli – ha spiegato a Kodami – dove abbiamo portato in laboratorio questi anellidi, che sono come organismi vermiformi marini, con l’obiettivo di osservarli con maggiore attenzione. È stato lì che Fabrizio Vecchi, allora Direttore del Dohrn ed esperto di biorobotica, sorpreso dal comportamento di questi peculiari organismi, mi ha suggerito di contattare Arianna Menciassi della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, tra i maggiori esperti al mondo di bioingegneria industriale e robotica biomedica».

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Di lì è nato il progetto entrato poi nell’orbita del programma Horizon 2020, uno dei più prestigiosi a livello europeo, con l’obiettivo di creare dei robot utilizzando sostanze molli e che agissero come dei veri e propri attuatori, in grado di reagire autonomamente a determinati stimoli esterni: «Abbiamo raccolto questi anellidi lungo le coste del Salento – continua a spiegare – che possiede degli habitat molto vari e perciò può essere più ricco di specie potenzialmente idonee per essere riprodotte come soft robot. Il passaggio successivo sarà quello di creare un materiale che abbia la capacità di reagire a stimoli esterni, per esempio luminosi, chimici con proprietà simili a quelle del DNA e per questo il gruppo internazionale di ricerca, che include enti, università ed imprese da Italia, Finlandia, Austria, Grecia ed Israele, si è affidato ad Itamar Willner, luminare nel campo della chimica dell’Università di Gerusalemme. I nostri vermi, infatti, essendosi evoluti in milioni di anni sanno fare cose che per noi possono essere molto utili. Ecco che dunque vogliamo replicare la loro capacità di esplorare l’ambiente, di insinuarsi o addirittura di creare delle gallerie».

L’attenzione, adesso, si è concentrata su una particolare specie, Phascolosoma stephensoni, un anellide della famiglia Sipunculidae: «Una delle particolarità più interessanti degli anellidi è che sono composti da moduli con una capacità propria di movimento – ha aggiunto Luigi Musco – sono dotati di muscoli longitudinali e muscoli circolari, che sono antagonisti, e circondano una sorta di sacchetto pieno d’acqua, il celoma, sul quale esercitano pressione. Grazie a meccanismi semplici di contrazione e rilassamento, sono in grado di cambiare la morfologia del proprio corpo anche in parti differenti dello stesso. In più l’ultimo segmento anteriore può essere dotato di mascelle, simili a delle lame o a delle pinze. Quest’ultima parte ha essa stessa la capacità di contrarre o rilassare i suoi muscoli per poi riportarsi all’interno, consentendo quindi di estroflettere le proprie mascelle per raccogliere il cibo di cui si nutrono. Anche questa è una caratteristica che ci interessa molto, perché copiandola e trasferendola in un soft-robot, ci consentirebbe di eseguire piccoli prelievi di tessuto o di rimuovere qualcosa dall’interno del corpo. La cosa interessante dei sipunculidi, questo gruppo particolare di anellidi, è proprio il fatto di essere ancora più semplificati rispetto alle altre specie del phylum, in quanto sono composti da un unico grande segmento in grado di compiere tutte queste attività. In pratica possiedono un corpo che gli consente di compiere una vasta gamma di movimenti, dall’esplorazione dell’ambiente all’infossamento, nonostante l’estrema semplicità della loro anatomia. Una caratteristica che li rende candidati modello per matematici ed ingegneri impegnati ad ideare questi robot».

Le applicazioni possibili sono molteplici: si va dalla chirurgia di precisione al soccorso in casi di emergenza. Per esempio, laddove vi sia una frana, un robot di questo tipo potrebbe insinuarsi tra le macerie alla ricerca di superstiti, muovendosi tra i detriti o ricavandosi in tutta autonomia una via di passaggio. Al contempo risulta facile immaginare come un robot di questo tipo possa introdursi agevolmente, per esempio nell’intestino, migliorando le tecniche microinvasive che già oggi consentono di intervenire provocando il minimo danno al paziente. Si tratta, naturalmente, di tecnologie estremamente avanzate che guardano al futuro ma che già oggi sono presenti in ciò che osserviamo in natura.

Pochi giorni fa i ricercatori che stanno partecipando al progetto hanno presentato i primi risultati per verificarne lo stato di avanzamento e i dati sono incoraggianti. Lo sviluppo di una nuova generazione di materiali basati sul DNA, con una particolare reattività a differenti tipi di stimoli esterni, sarà cruciale per creare tecnologie reattive, biocompatibili e sostenibili. Le applicazioni di questa ricerca, insomma, potrebbero andare oltre gli orizzonti che si sono proposti i ricercatori in un primo momento. La cosa più curiosa è che, se riusciranno a raggiungere questo risultato, non si sarà inventato nulla. Sarà stato replicato, molto più semplicemente, ciò che già esiste in natura.