È così piccolo da essere quasi invisibile, eppure è in grado di percepire l’ambiente, elaborare informazioni e agire in totale autonomia. Il microrobot sviluppato da un team congiunto della University of Pennsylvania e della University of Michigan rappresenta, allo stato attuale, il più piccolo robot programmabile capace di muoversi autonomamente all’interno di un fluido.
Il salto tecnologico è notevole: rispetto ai design precedenti, il volume del dispositivo è stato ridotto di circa 10.000 volte. Un risultato che, secondo i ricercatori, segna un punto di svolta nella robotica su scala microscopica, perché per la prima volta è stato possibile integrare in uno spazio così ridotto tutti gli elementi fondamentali di un vero computer: processore, memoria, sensori e sistema di propulsione.
Più piccolo di un granello di sale
Per dare un’idea delle dimensioni, una lentiggine risulta più grande del robot stesso. Il dispositivo misura appena 200 per 300 micrometri, con uno spessore di 50 micrometri. È talmente piccolo da poter stare in equilibrio sul solco di un’impronta digitale e, se posato su una moneta, risulta più piccolo persino dell’anno inciso.
In pratica, basta distogliere lo sguardo per un istante per perderlo.
Un sistema completo in miniatura
Nonostante le dimensioni infinitesimali, il microrobot è una piattaforma completamente programmabile, a patto che operi immersa in un fluido. L’energia necessaria proviene da celle solari microscopiche, in grado di generare circa 100 nanowatt, sufficienti per alimentare movimento, sensing ed elaborazione.
Il robot è anche capace di rilevare la temperatura dell’ambiente in cui si trova e di comunicare queste informazioni attraverso una sequenza di movimenti ritmici, un comportamento ispirato ai meccanismi di comunicazione delle api. Un segnale chiaro di come, anche a questa scala, sia possibile combinare sensing, decisione e azione in modo coordinato.
Per i ricercatori, questo risultato rappresenta solo il primo passo. Dimostrare che un sistema così piccolo possa sopravvivere e funzionare per mesi apre la strada all’aggiunta progressiva di nuove capacità, livelli di intelligenza più complessi e comportamenti autonomi sempre più sofisticati.
Le difficoltà della scala microscopica
Fino a oggi, i robot autonomi più piccoli mai realizzati superavano il millimetro di dimensione, un traguardo raggiunto oltre vent’anni fa. Ridurre ulteriormente la scala si è rivelato estremamente complesso a causa delle leggi fisiche che dominano il mondo dei micrometri.
A queste dimensioni, infatti, fenomeni come viscosità e resistenza dei fluidi diventano predominanti, mentre gravità e inerzia perdono quasi completamente rilevanza. Muoversi nell’acqua, per un oggetto così piccolo, equivale a spingere attraverso una sostanza densa e viscosa, più simile al catrame che a un liquido.
Muoversi senza parti meccaniche
Il progresso decisivo è arrivato combinando due innovazioni chiave: un computer microscopico sviluppato all’Università del Michigan e un sistema di propulsione radicalmente diverso progettato all’Università della Pennsylvania.
Il microrobot non utilizza parti meccaniche mobili. Niente arti, eliche o appendici, che a questa scala sarebbero fragili e difficili da realizzare. Il movimento avviene invece grazie alla generazione di un campo elettrico che induce un flusso controllato di molecole attorno al corpo del robot. In questo modo, il dispositivo si muove come se fosse immerso in una corrente, pur essendo lui stesso a crearla.
Ripensare il computer da zero
Inserire un sistema computazionale completo in uno spazio così ridotto ha richiesto un ripensamento profondo dell’architettura dei circuiti e dei modelli di programmazione. Non si è trattato di una semplice miniaturizzazione, ma di una vera e propria ricostruzione concettuale del computer, adattata alle estreme limitazioni di spazio ed energia.
Il risultato è un microrobot, frutto di cinque anni di ricerca, capace anche di sincronizzarsi con altri dispositivi simili. Più robot possono coordinarsi tra loro, dando origine a comportamenti collettivi che ricordano i banchi di pesci o gli sciami naturali. In teoria, questi sistemi potrebbero operare in autonomia per mesi, a patto di ricevere luce sufficiente per ricaricare le celle solari.
Piccoli robot, grandi prospettive
I ricercatori guardano già oltre. Con futuri miglioramenti sarà possibile aumentare la memoria a bordo e abilitare forme di comportamento autonomo sempre più complesse. Le applicazioni potenziali spaziano dalla medicina al monitoraggio ambientale, fino all’idea, oggi ancora teorica, di microrobot capaci di sorvegliare lo stato di salute delle nostre cellule dall’interno.
Nel campo medico, i microrobot hanno già dimostrato risultati sorprendenti in laboratorio: ricercatori dell’UC San Diego hanno utilizzato microrobot basati su alghe per trattare polmonite batterica acuta nei topi, ottenendo il 100% di sopravvivenza rispetto ai topi non trattati che morivano entro tre giorni. Questi microrobot nuotano nei polmoni trasportando antibiotici direttamente ai batteri, richiedendo dosi inferiori rispetto alle iniezioni endovenose tradizionali. Sebbene ancora in fase sperimentale, questa tecnologia rappresenta un esempio concreto di come i microrobot possano rivoluzionare il trattamento medico attraverso la somministrazione mirata di farmaci.
Un esempio concreto di come, nel mondo della tecnologia, dimensioni minuscole possano aprire scenari enormi.
Fonte: Science Robotics
