I muscoli artificiali realizzati con polimeri possono ora essere alimentati dall'energia del glucosio e dell'ossigeno, proprio come i muscoli biologici. Questo progresso potrebbe essere un passo avanti verso muscoli artificiali impiantabili o microrobot autonomi alimentati da biomolecole nell'ambiente circostante. Ricercatori dell'Università di Linköping, Svezia, hanno presentato i loro risultati sulla rivista Materiale avanzato .

Il movimento dei nostri muscoli è alimentato dall'energia che viene rilasciata quando il glucosio e l'ossigeno prendono parte alle reazioni biochimiche. In un modo simile, gli attuatori fabbricati possono convertire l'energia in movimento, ma l'energia in questo caso viene da altre fonti, come l'elettricità. Scienziati dell'Università di Linköping, Svezia, voleva sviluppare muscoli artificiali che si comportassero più come muscoli biologici. Ora hanno dimostrato il principio utilizzando muscoli artificiali alimentati dallo stesso glucosio e ossigeno utilizzati dai nostri corpi.

I ricercatori hanno utilizzato un polimero elettroattivo, polipirrolo, che cambia volume al passaggio di corrente elettrica. Il muscolo artificiale, noto come "attuatore polimerico, " è costituito da tre strati:un sottile strato di membrana tra due strati di polimero elettroattivo. Questo design è stato utilizzato nel campo per molti anni. Funziona quando il materiale su un lato della membrana acquisisce una carica elettrica positiva e gli ioni vengono espulsi, facendolo rimpicciolire. Allo stesso tempo, il materiale dall'altra parte acquisisce una carica elettrica negativa e si inseriscono ioni, che fa espandere il materiale. Le variazioni di volume fanno piegare l'attuatore in una direzione, nello stesso modo in cui un muscolo si contrae.

Gli elettroni che causano il movimento nei muscoli artificiali normalmente provengono da una fonte esterna, come una batteria. Ma le batterie soffrono di diversi ovvi inconvenienti:di solito sono pesanti, e devono essere caricati regolarmente. Gli scienziati dietro lo studio hanno deciso invece di utilizzare la tecnologia alla base dei bioelettrodi, che può convertire l'energia chimica in energia elettrica con l'aiuto di enzimi. Hanno usato enzimi naturali, integrandoli nel polimero.

"Questi enzimi convertono il glucosio e l'ossigeno, allo stesso modo che nel corpo, per produrre gli elettroni necessari per alimentare il movimento in un muscolo artificiale costituito da un polimero elettroattivo. Non è necessaria alcuna sorgente di tensione:basta semplicemente immergere l'attuatore in una soluzione di glucosio in acqua", dice Edwin Jager, docente senior in Sistemi di sensori e attuatori, presso il Dipartimento di Fisica, Chimica e Biologia all'Università di Linköping. Insieme ad Anthony Turner, professore emerito, ha condotto lo studio.

Proprio come nei muscoli biologici, il glucosio viene direttamente convertito in movimento nei muscoli artificiali.

"Quando avevamo enzimi completamente integrati su entrambi i lati dell'attuatore e si è effettivamente mosso, beh, è stato semplicemente fantastico, "dice José Martinez, un membro del gruppo di ricerca.

Il prossimo passo per i ricercatori sarà controllare le reazioni biochimiche negli enzimi, tale che il moto può essere reversibile per molti cicli. Hanno già dimostrato che il moto è reversibile, ma hanno dovuto usare un piccolo trucco per farlo. Ora vogliono creare un sistema che sia ancora più vicino a un muscolo biologico. I ricercatori vogliono anche testare il concetto utilizzando altri attuatori come il "muscolo tessile, " e applicarlo in microrobotica.

"Il glucosio è disponibile in tutti gli organi del corpo, ed è una sostanza utile per cominciare. Ma è possibile passare ad altri enzimi, che consentirebbe di utilizzare l'attuatore in, Per esempio, microrobot autonomi per il monitoraggio ambientale nei laghi. I progressi che presentiamo qui consentono di alimentare gli attuatori con l'energia delle sostanze nel loro ambiente naturale, "dice Edwin Jager.