Un team di ricercatori dell’Università di Waterloo ha creato materiali intelligenti e avanzati che costituiranno gli elementi costitutivi di una futura generazione di microrobot medici morbidi. Hanno pubblicato i loro risultati su Nature Communications.
Questi minuscoli robot hanno il potenziale per condurre procedure mediche, come la biopsia e il trasporto di cellule e tessuti, in modo minimamente invasivo. Possono muoversi attraverso ambienti confinati e allagati, come il corpo umano, e trasportare carichi delicati e leggeri, come cellule o tessuti, in una posizione target.
I minuscoli robot morbidi sono lunghi al massimo un centimetro e sono biocompatibili e atossici. I robot sono realizzati con compositi idrogel avanzati che includono nanoparticelle di cellulosa sostenibili derivate da piante.
Questa ricerca, guidata da Hamed Shahsavan, professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica, descrive un approccio olistico alla progettazione, sintesi, fabbricazione e manipolazione dei microrobot. L'idrogel utilizzato in questo lavoro cambia forma quando esposto a stimolazione chimica esterna. La capacità di orientare le nanoparticelle di cellulosa a piacimento consente ai ricercatori di programmare tale cambiamento di forma, che è fondamentale per la fabbricazione di robot morbidi funzionali.
"Nel mio gruppo di ricerca, stiamo colmando il vecchio e il nuovo", ha affermato Shahsavan, direttore dello Smart Materials for Advanced Robotic Technologies (SMART-Lab). "Introduciamo microrobot emergenti sfruttando la tradizionale materia morbida come idrogel, cristalli liquidi e colloidi."
L'altro componente unico di questo materiale intelligente avanzato è che è autorigenerante, il che consente di programmare un'ampia gamma di forme di robot. I ricercatori possono tagliare il materiale e incollarlo di nuovo insieme senza utilizzare colla o altri adesivi per formare forme diverse per procedure diverse.
Il materiale può essere ulteriormente modificato con un magnetismo che facilita il movimento dei robot morbidi attraverso il corpo umano. Come prova di come il robot si muoverebbe attraverso il corpo, il minuscolo robot è stato spostato attraverso un labirinto da ricercatori che ne controllavano il movimento utilizzando un campo magnetico.
"Gli ingegneri chimici svolgono un ruolo fondamentale nello ampliare le frontiere della ricerca medica sulla microrobotica", ha affermato Shahsavan. "È interessante notare che per affrontare le numerose grandi sfide della microrobotica sono necessarie competenze e conoscenze possedute dagli ingegneri chimici, tra cui il trasferimento di calore e massa, la meccanica dei fluidi, l'ingegneria delle reazioni, i polimeri, la scienza della materia soffice e i sistemi biochimici. Siamo quindi in una posizione unica per introdurre soluzioni innovative nuove strade in questo campo emergente."
Il prossimo passo in questa ricerca sarà ridimensionare il robot fino a raggiungere la scala submillimetrica.
Il gruppo di ricerca di Shahsavan ha collaborato con Tizazu Mekonnen di Waterloo, professore del Dipartimento di ingegneria chimica, la professoressa Shirley Tang, preside associato di Scienze (Ricerca), e Amirreza Aghakhani, professore dell'Università di Stoccarda in Germania.
Ulteriori informazioni: Rasool Nasseri et al, Nanocompositi programmabili di nanocristalli di cellulosa e idrogel zwitterionici per robotica morbida, Comunicazioni naturalistiche (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41874-7
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito dall'Università di Waterloo
