Parola d’ordine “liquido”: dai nuovi robot per esplorare i pianeti a una retina artificiale. Impensabili frontiere della Scienza

Ebbene ci siamo. Dopo tanto parlare, progettare tecnologie sperimentali come i nanobot grandi come batteri o ancora meno, ecco arrivare la “tecnologia liquida”. Un robot liquido e una retina liquida. Sono soluzioni tra il tecnologico e lo scientifico che baseranno la loro forza proprio sul loro essere effettivamente liquidi – anche se molto particolari, con funzioni tra la cibernetica “pensante e autoreattiva” a quella di organo umano -.

Ci permetteranno di soddisfare esigenze che andranno dall’esplorazione planetaria e quindi dallo spazio, fino al corpo umano. Due frontiere diverse, ai poli opposti della nostra esistenza.

Dalla fantasia e dal cinema…

Per farsi un’idea immediata delle tecnologie liquide basta riportare alla memoria la reltà filmica. Uno dei sei film della serie Terminator. Per la precisione Terminator 2 – Il giorno del giudizio, in Inglese, Terminator 2: Judgment Day, girato, ideato e prodotto da James Cameron. Gli eroi-protagonisti del film rischiavano continuamente la vita inseguiti da un robot assassino fatto di un futuristico metallo non solido.

Ricordatevelo: Sarah Connor, interpretata da Linda Hamilton, il figlio di dieci anni John, impersonato da Edward Furlong, vengono inseguiti da un nuovo robot-killer, un “Terminator” di avanzatissima tecnologia siglato come modello T-1000 (nel film interpretato da Robert Patrick). Il fulcro di questo automa assassino era proprio quello di essere fatto di una sorta di metallo mutaforma e mutastato da solido a liquido. Praticamente invincibile, ma a fine film perderà ugualmente contro la fortuna dei protagonisti che ricevono il determinante aiuto di un Terminator più tradizionale, il T-800, scheletro metallico normale ricoperto da tessuti organici, riprogrammato nel proteggere mamma e figlio, interpretato nel film (come nel primo dove era “cattivo”) da Arnold Schwarzenegger.

… alla realtà della ricerca. Quali novità liquide? L’epoca della robotica liquida è iniziata e cresce

Già dal 2017 c’erano i primi annunci dell’idea, quella di Alessandro Chiolerio, ricercatore del “Center for Sustainable Future Technologies” appartenente all’IIT-Istituto Italiano di Tecnologia (link), ma con vasta esperienza anche al Jet Propulsion Laboratory della Nasa, al Max Planck Institute e alla University of the West England. Il progetto ha ricevuto finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea nell’ambito di GA 964388.

Un’idea innovativa, letteralmente un nuovo approccio alla cibernetica, oggi ulteriormente perfezionata e in fase avanzata di studio della fattibilità. Semplificando, si tratta di una sorta di palla liquida e pensante di circa 20 centimetri di diametro, il COgITOR (link), dalla massima di Cartesio “Cogito, ergo sum“, sistema robotico rivoluzionario che si ispira al mondo cellulare, capace di calcolare, valutare, reagire agli stimoli esterni, di auto curarsi (o auto ripararsi) in caso di danni.

Uno strumento evoluto che sarebbe perfetto per sopportare le enormi pressioni dell’atmosfera di Giove, il nostro super pianeta, un gigante gassoso che molti definiscono come stella mancata. Questo gigante planetario è 317,938 volte più massiccio della Terra e il suo nucleo forse solido (purtroppo oggi si deve andare ancora per speculazioni e sospetti) dovrebbe sopportare una pressione che sarebbe sull’ordine dei 4.500 GPa o gigapascal (tanto per capirsi, sulla Terra, a livello del mare, siamo sottoposti a una pressione di soli 0,000101325 GPa). Qualsiasi sonda lanciata per l’esplorazione gioviana verrebbe schiacciata come avverrebbe a una lattina sotto al peso di un elefante (ma anche molto di più): la prima fu lanciata nel 1995 dalla Sonda orbitale Galileo; la sonda riuscì a resistere all’atmosfera gioviana penetrando per soli 159 chilometri (il diametro del pianeta è di 142.984 chilometri, il raggio è quindi la metà) prima di essere schiacciata dalla pressione.

La “palla pensante” avrebbe invece un vantaggio rispetto alle sonde tradizionali, adeguerebbe il suo stato tra il liquido e il gelatinoso anche per la nota proprietà di incomprimibilità dei liquidi.

A guardarla, come disse anni fa Chiolerio insieme al collega Quadrelli, la palla apparirebbe totalmente liquida perché fatta con materiale colloidale autoriparante in caso di “offese” per calore o altro.

Prelevando invece un campione da questa sfera-robot e osservandolo con un microscopio, sarebbe possibile notare sospese nel liquido delle nanoparticelle ferroelettriche solide. Tutte queste caratterizzate da diverse funzioni. Nanoparticelle che reagiranno ai campi elettrici interni della sfera raggruppandosi in forme precise, come avviene nei cristalli, riordinandosi, attivandosi o disattivandosi con conseguenze sullo stesso campo elettrico creando schemi capaci di codificare precise informazioni.

Antenne, rigorosamente liquide, trasmetterebbero le informazioni rilevate dalle nanoparticelle dall’ambiente che le sfere stanno esplorando, quindi dati su temperatura, pressione, calore, magnetismo e altro.

Come sopravviverà COgITOR, da dove prenderà l’energia per rimanere in funzione?

Avrà un sistema che prende energia dall’ambiente circostante. Gliene basta poca, nell’ordine di pochi nanoWatt, per rimanere attivo. Anche una debolissima luce solare potrà bastare.

“Dovremo inventare un nuovo linguaggio di programmazione per il nostro sistema, qualcosa che, nel gergo di settore, è noto come calcolo non convenzionale. Non potremo applicare la logica binaria, ma dovremo invece fare affidamento su una logica olografica radicalmente innovativa”, sottolinea Chiolerio.

La stessa tecnologia potrebbe essere utilizzata per Venere? Sul pianeta nebuloso del nostro sistema solare, l’atmosfera è corrosiva, un inferno di acidi, tanto che ha già fatto saltare in aria e in brevissimo tempo alcune sonde lì inviate a raccogliere dati. Atmosfera estremamente più densa che sulla Terra (ben 93 volte di più: sulla superficie venusiana è come se si stesse a oltre 950 metri di profondità in un mare terrestre), con anidride carbonica come componente prevalente e nuvole di acido solforico che cade al suolo come pioggia altamente corrosiva e temperatura di circa 450 gradi al suolo.

Una forma del COgITOR appositamente studiata e realizzata, potrebbe sopportare anche gli attacchi dell’atmosfera venusiana?

Fatto sta che l’applicazione di questo sistema di sondaggio ed esplorazione può avere applicazioni anche molto terrestri. Un esempio tra i possibili? Qualcosa di indossabile che monitori continuamente i dati fisici degli sportivi e di chi fa attività fisica a qualsiasi livello. Comunque i campi di applicazione possono essere un’infinità. Sviluppare questa tecnologia permette e permetterà applicazioni dirette sia nell’esplorazione solare ed extrasolare, che sullo stato della salute umana e ambientale.

Immagino, per esempio, lo studio e il monitoraggio dei più remoti e profondi fondali oceanici oggi non ancora raggiungibili o, quando possibile, non per lungo tempo (a scapito della capacità di rilevamento) da parte degli attuali mezzi più tradizionali sia a guida umana che robotica. Ma anche la possibilità di usare robot liquidi in esplorazione di edifici crollati per terremoti, attentati terroristici, collassi statici, in modo da rintracciare eventuali altri pericoli, fughe di gas o altro, ma ancora di più, la presenza e la localizzazione di sopravvissuti.

La retina liquida per occhi che torneranno a vedere

Immaginate di non avere più occhi capaci di vedere distintamente, di non riuscire quasi più o per nulla a percepire la luce. Una dannazione che per molti potrebbe essere un ostacolo psicologico difficile da superare se non impossibile. Anche l’età entra in gioco: per nulla facile cambiare abitudini di vita e capacità-metodi nel relazionarsi col mondo, a cominciare dalla vita quotidiana. Mutazioni di vita sempre più difficili col progredire dell’età e con la perdita della vista.

Come per la soluzione precedente del robot liquido, anche in questo caso è l’IIT-Istituto Italiano di Tecnologia, con il suo Center for Nano Science (link) guidato da Guglielmo Lanzani, a comunicare questa nuova frontiera della ricerca tutta rivolta alla salute e alla cura di patologie che colpiscono l’occhio.

Uno studio portato avanti insieme alla Clinica Oculistica dell’IRCCS Ospedale Sacro Cuore di Calabria (link) a Negrar di Valpolicella in provincia di Verona e Grazia Pertile, primario di oftalmologia della struttura ospedaliera e di ricerca.

Al centro di tutto è la start-up Novavido, operativa grazie alla Fondazione Golinelli e al suo G-Factor incubatore acceleratore della stessa Fondazione. Vede coinvolto anche Fabio Benfenati, coordinatore del Center for Synaptic Neuroscience (link) dell’IIt di Genova.

Operativamente si tratta di nanoparticelle fotoattive iniettate nell’occhio, un’operazione che intende contrastare affezioni come le maculopatie e la retinite pigmentosa.

Queste nanoparticelle in liquido dovrebbero essere inoculate nello strato sottoretinico dove prima c’erano i fotorecettori. La tecnica di iniezione sarebbe ben poco invasiva e da compiere in ampi spazi della retina allargando l’area di ricezione della luce e delle immagini. Quindi, riattivazione della retina in un ampio campo visivo, ben più che con metodi fino a oggi attuati e sperimentati. Grazie alla funzionalità del nervo ottico, le nanoparticelle andrebbero a sostituire i naturali fotorecettori che captano la luce nello spazio della retina.

Come sottolineato al Corriere della Sera dal fisico Guglielmo Lanzani, «la tecnologia si basa sul concetto dei polimeri fotovoltaici che, come i fotorecettori della retina, attirano la luce. Una volta intuito che sono in grado di attivare i neuroni e trasformare la luce in segnale elettrico, abbiamo creato una protesi da impiantare. In un secondo momento abbiamo pensato di ideare una sospensione di nanoparticelle polimeriche biocompatibili e fotoattive, quindi una versione liquida e iniettabile sotto la retina, attraverso un intervento breve, semplice e poco invasivo, dove andranno a sostituire i fotorecettori che a causa della malattia non ci sono più. Il nervo ottico deve essere, però, funzionante».

La start-up ha raccolto investimenti per circa 6 milioni di euro, utili per passare alla sperimentazione umana. Se la sperimentazione darà risultati di piena compatibilità biologica umana, il trattamento passerà alla fase di utilizzabilità del supporto composto da nanoparticelle fotoattive, un “sostegno” – o veicolo di trasporto – non fisico, ma liquido, di facilissima e ben più “modellabile” applicazione nell’occhio.

Già nel 2020 è stata chiusa una prima fase di sperimentazione, momento che ha portato grande ottimismo con risultati estremamente promettenti, un bilancio pubblicato sulla rivista scientifica internazionale Nature Nanotechnology.

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