La scoperta dell'anno con i microrobot medici

Quest'anno, per la prima volta, il gran finale della "Falling Walls Conference", tenutosi il 9 novembre a Berlino, si è dovuto tenere online a causa della situazione di Covid-19. Le "scoperte dell'anno" sono state scelte in dieci categorie. In occasione del 31° anniversario della caduta del Muro di Berlino, la manifestazione ha voluto mostrare quali saranno i prossimi "muri" della scienza e della società a cadere. Le giurie hanno selezionato dieci vincitori per ogni categoria tra Chi siamo e 600 finalisti. Tra questi quest'anno c'erano cinque ricercatori dell'ETH di Zurigo (vedi riquadro).

Il presidente dell'ETH Jo?l Mesot, che quest'anno ha presieduto la giuria di dieci membri per la categoria "Ingegneria e tecnologia", ha dichiarato durante la cerimonia di premiazione: "In tempi come questi, è particolarmente importante rendere visibili le idee di ricerca coraggiose che affrontano le sfide sociali. Il World Science Summit è un palcoscenico importante per celebrare la creatività dei ricercatori di tutta Europa". Quest'anno, la scelta unanime per la categoria "Ingegneria e tecnologia" è andata a Metin Sitti, che negli ultimi anni ha ripetutamente attirato l'attenzione per i suoi sorprendenti e innovativi sviluppi nel campo della microtecnologia e della robotica. Sitti è attualmente professore all'Università Ko? di Istanbul e direttore del Max Planck Institute for Intelligent Systems di Stoccarda. A maggio è stato nominato professore affiliato presso il Dipartimento di ingegneria elettrotecnica e dell'informazione dell'ETH di Zurigo.

Microrobot in un viaggio fantastico

Metin Sitti cita il film cult del 1966 "Fantastic Voyage" come importante fonte di ispirazione per la sua carriera di ricerca, in cui un sottomarino e la squadra di spedizione vengono rimpiccioliti a tal punto da poter essere iniettati nel flusso sanguigno di un paziente e inviati in un viaggio attraverso capillari e organi. L'obiettivo è rompere un coagulo di sangue nel cervello del paziente. Quello che ai più sembra ancora fantascienza, per Sitti rappresenta il futuro della medicina (a parte il numero sempre più esiguo di ricercatori). Oggi sta addirittura sviluppando minuscoli robot per scopi medici, praticamente invisibili all'occhio. Anch'essi un giorno circoleranno nel nostro flusso sanguigno per diagnosticare le malattie e, idealmente, curarle subito.

Metin Sitti è cresciuto in Turchia. Da bambino ha trascorso molto tempo a osservare gli animali e a studiarne i movimenti e il comportamento. Nonostante ciò, ha deciso di studiare ingegneria all'Università Bo?azi?i di Istanbul piuttosto che biologia. Ha completato il suo dottorato all'Università di Tokyo in Giappone. Dopo un soggiorno di ricerca di tre anni all'Università di Berkeley in California, ha svolto attività di ricerca e insegnamento come professore alla Carnegie Mellon University in Pennsylvania tra il 2002 e il 2014. "Le microtecnologie e la micro robotica mi hanno dato l'opportunità di fare del mio fascino per la natura e le sue creature una parte importante del mio lavoro", dice Sitti. "? stato un sogno che si è avverato per me".

Innovazione con i gechi come formazione preliminare

Per lo sviluppo di una nuova generazione di materiali adesivi e collanti si è orientato, ad esempio, sulle zampe dei gechi. Questi animali possono addirittura camminare a testa in giù su una lastra di vetro grazie a milioni di minuscoli peli e all'adesione che essi generano. Sitti e il suo team hanno sviluppato pellicole polimeriche ispirate alle proprietà dei gechi. Il materiale ha punte a forma di fungo di pochi micrometri, le cui forze intermolecolari fanno sì che la pellicola aderisca in modo eccezionale e sia durevole. Ciò è in contrasto con i materiali adesivi disponibili in commercio, il cui effetto si basa su una reazione chimica in un ambiente umido. Nel 2009 ha fondato la spin-off "nanoGriptech", che sviluppa ulteriormente i materiali adesivi e di incollaggio per applicazioni in medicina, attrezzature sportive, semiconduttori e robotica. Sitti è sempre interessato alle applicazioni pratiche della sua ricerca: Attualmente sono dodici i brevetti a suo nome e altri 15 sono in corso di registrazione.

L'attuale ricerca di Sitti presso l'ETH è incentrata sulla micro e nanorobotica bioispirata e, in particolare, sull'accoppiamento dei microrobot con la risonanza magnetica per immagini (MRI). In questo modo, un giorno dovrebbe essere possibile visualizzare, monitorare e controllare con precisione i robot senza fili presenti nel corpo. Recentemente ha presentato un microrobot biocompatibile, lungo appena 3,7 millimetri, largo 1,5 millimetri e spesso 0,18 millimetri. Può muoversi nel corpo in sette modi diversi, tra cui rotolare, nuotare e saltare. La sua formazione è stata preliminare a quella dei microrganismi. Il robot è dotato di minuscoli magneti che possono essere stimolati esternamente in modi diversi attraverso un campo elettromagnetico. L'intelligenza di un microrobot di questo tipo si basa principalmente sulla sua struttura fisica, sul materiale utilizzato e sulla sua capacità di auto-organizzarsi - e non su potenti computer, come nel caso di robot più grandi. "? la prima volta che un robot di queste dimensioni combina così tante opzioni di movimento", spiega Sitti. "Questo gli permetterebbe di muoversi praticamente in tutte le aree del nostro corpo".

Il suo team ha anche recentemente sviluppato una capsula morbida di pochi micrometri di diametro, che può essere utilizzata per applicare sostanze attive liquide al sito bersaglio nell'organismo con la massima precisione utilizzando un impulso esterno. Ciò dovrebbe rendere possibili anche biopsie non invasive. Tuttavia, prima che i robot possano essere utilizzati per una medicina sempre più personalizzata, sono necessarie ancora molte ricerche e sviluppi, a causa degli elevati requisiti di sicurezza. Una delle sfide più grandi è la guida controllata e precisa dei robot nei fluidi corporei turbolenti e negli organi pulsanti. Sitti ritiene che ci vorranno dieci anni prima delle prime applicazioni cliniche sull'uomo. Tuttavia, è già convinto dei benefici della medicina integrata da micro e nanorobotica: "Siamo sulla strada di una medicina che ci permette di riconoscere le malattie prima e di trattarle con molti meno effetti collaterali".