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Nuove ricerche sui muscoli artificiali

Muscoli artificiali

di Antonietta Mastrangelo

Nervi sintetici di derivazione biologica in grado di comunicare con il sistema nervoso umano, permetteranno di sviluppare protesi e arti robotizzati dotati di senso del tatto ed una nuova tecnologia che permetterà di equipaggiare i robot con muscoli naturali, molto più resistenti ed efficienti del miglior muscolo sintetico mai realizzato. Una nuova tecnologia sviluppata dai ricercatori della Stanford University di Palo Alto, in California, potrebbe permettere la realizzazione di una nuova generazione di protesi dotate di senso del tatto.
Zhean Bao(un’ingegnere studioso di biotecnologie) e i suoi colleghi,  hanno messo a punto un sistema di nervi artificiali che, oltre a possedere la sensibilità al tocco, sono capaci anche di elaborare le informazioni rilevate e comunicarle al sistema nervoso umano. Il nervo sintetico è stato realizzato con materiali flessibili di derivazione biologica ed è formato da tre componenti. La parte più esterna, quella che entra in contatto con l’ambiente, è costituita da decine di piccoli sensori di pressione. Una volta premuti, tali sensori generano un segnale elettrico e lo inviano ad un oscillatore. Questo secondo componente raccoglie i segnali emessi dai vari altri sensori  trasformandoli in una sequenza di impulsi, che vengono a loro volta trasmessi a un transistor sinaptico. Infine i segnali vengono elaborati e codificati in schemi “leggibili” dal nostro sistema nervoso. Questa tecnologia ha permesso allo scienziato di costruire un tessuto sensibile capace di percepire il passaggio di un filo metallico in diverse direzioni, ma anche di identificare i caratteri Braille per non vedenti. Gli scienziati sono inoltre riusciti a far “dialogare” il nervo sintetico con un sistema nervoso reale. A tale scopo hanno impiantato un neurone artificiale, proveniente dal loro dispositivo, nel neurone della zampa di uno scarafaggio, e hanno verificato che i segnali provenienti dalla stimolazione tattile, fossero effettivamente in grado di provocare la contrazione dell’arto. Tra i principali vantaggi di questa tecnologia ci sono i limitati costi di produzione che potrebbero permettere la realizzazione di protesi di nuova generazione dotate di un gran numero di terminazioni nervose artificiali: i portatori potrebbero in questo modo riconquistare il senso del tatto e avere un miglior controllo delle loro nuove appendici. I nervi sintetici potrebbero infatti restituire agli amputati la sensazione della posizione, di caldo e freddo e di resistenza alla pressione, così da rendere i loro movimenti molto più naturali. 
Oltre all’applicazione nel campo delle protesi, il nervo artificiale di Stanford potrebbe anche essere impiegato  tra i robot, per fornire loro un efficace senso del tatto, grazie al quale possano svolgere anche quei compiti che richiedano un continuo adattamento all’ambiente circostante. Ma altre sono le novità proposte per quanto concerne le biotecnologie applicate. Un’altra è quella che vede la prossima generazione di robot essere dotata di muscoli veri, o quasi veri, grazie al lavoro dei ricercatori dell’Università di Tokyo. Shoji Takeuchi e i suoi colleghi sono infatti riusciti a realizzare un tessuto muscolare artificiale, perfettamente funzionante a partire da cellule da cui derivano quelle di muscoli reali. Questi muscoli sono stati installati, a “coppie antagoniste”, sullo scheletro di un robot bio-ibrido, cioè formato da componenti elettroniche e biologiche, in modo da imitare la meccanica di una vera articolazione.
I risultati sono stati straordinari in quanto lo speciale muscolo, ha lavorato ininterrottamente per oltre una settimana prima di dare segni di cedimento. Gli scienziati giapponesi hanno inoltre realizzato un’articolazione simile a un dito, formata da due ossa artificiali, innestate una sull’altra in modo da poter compiere una rotazione. Hanno poi costruito la muscolatura utilizzando fogli di idrogel contenente mioblasti, ossia cellule muscolari embrionali, da cui deriva il tessuto muscolare. Speciali guide disposte longitudinalmente alle strisce di idrogel, hanno poi favorito lo sviluppo della fibra muscolarenella direzione desiderata. I ricercatori hanno infine applicato queste strutture allo scheletro e le hanno fatte crescere. Una volta che si sono completamente sviluppate, le hanno messe al lavoro a coppie, replicando il funzionamento di un apparato naturale dove un muscolo si contrae e l’altro si distende.
A differenza dei muscoli sintetici realizzati fino a oggi, quelli in fibra naturale realizzati dal team di Takeuchi sono molto più resistenti e non perdono di elasticità nemmeno dopo un utilizzo intensivo. Obiettivo dei ricercatori è ora quello di accoppiare tra loro diversi gruppi muscolari così da permettere ai robot di compiere i movimenti complessi, precisi e coordinati, tipici dell’uomo. Una sfida accettata dal gruppo di ricercatori nipponici i quali riusciranno nella loro impresa, volta al miglioramento dello stile di vita delle persone con bisogni speciali, ma anche nella realizzazione di robot da impiegare nei diversi ambiti lavorativi, a facilitazione dello svolgimento di ardui compiti manuali altrimenti svolti da personale umano.

Fonte: focus.it

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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