Quando si parla di muscoli artificiali, viene naturale pensare a scenari da fantascienza. Eppure quello che sta succedendo nei laboratori della Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg è molto più concreto di quanto si possa immaginare. Il professor Henry Dube e il suo team stanno lavorando allo sviluppo di materiali intelligenti capaci di reagire a stimoli esterni quasi come se avessero una volontà propria, una sorta di muscolatura sintetica che potrebbe rendere superflue le connessioni fisiche tradizionali nei sistemi robotici del futuro.
Il punto di partenza sono componenti incredibilmente piccoli, le cosiddette macchine molecolari: strutture composte da poche decine di atomi. Già in passato Dube aveva realizzato singoli elementi come nanomotori, ingranaggi e pinze microscopiche. Ma stavolta il salto è stato decisamente più ambizioso. Grazie a un finanziamento di circa 900.000 euro dalla Fondazione Volkswagen, il team è riuscito a collegare centinaia di migliaia di questi componenti minuscoli all’interno di strutture polimeriche tridimensionali. E qui la cosa si fa davvero interessante.
Il meccanismo di fondo ricorda quello dei muscoli biologici, dove le proteine scivolano le une sulle altre per generare movimento. Quando tutte queste molecole agiscono insieme in modo coordinato, il movimento collettivo produce una forza sufficiente a compiere un lavoro fisico visibile a occhio nudo. Da atomi invisibili a effetti percepibili: non è poca cosa.
Niente cavi, niente circuiti: basta la luce
La vera novità di questi muscoli artificiali sta nel modo in cui vengono controllati. Non servono cavi elettrici, né circuiti integrati pesanti. Basta un semplice impulso luminoso. Molte delle nanomacchine impiegate cambiano la propria forma fisica quando vengono colpite da specifiche lunghezze d’onda della luce, e questo consente ai ricercatori di programmare il comportamento del materiale in maniera estremamente precisa. Per capirci: una struttura potrebbe diventare rigida sotto una luce blu e tornare elastica e flessibile se esposta a una luce rossa.
Questa caratteristica apre scenari affascinanti, e non solo nel campo della robotica. Un settore che potrebbe beneficiarne in modo inatteso è quello dei display. Il cambio di forma delle molecole ne altera spesso anche il colore, e gli scienziati stanno già ragionando sulla possibilità di creare schermi volumetrici a forma di cubo. Per rendere l’idea: parliamo di immagini 3D reali proiettate all’interno di un volume fisico, visibili da qualsiasi angolazione, che possono essere cancellate e riscritte nell’istante stesso in cui cambia lo stimolo luminoso. Roba che fino a poco tempo fa sembrava relegata ai film.
Quattro anni per passare dal laboratorio alla realtà
È chiaro che un progetto del genere richiede ancora parecchio lavoro. I muscoli artificiali controllati dalla luce funzionano già a livello sperimentale, ma il percorso verso sistemi complessi e realmente funzionali è ancora lungo. L’obiettivo dichiarato del team di Dube è proprio questo: nei prossimi quattro anni, passare in modo definitivo dai singoli componenti a strutture integrate capaci di svolgere compiti articolati. Il finanziamento della Fondazione Volkswagen servirà esattamente a coprire questa fase di sviluppo, quella più delicata, in cui dalla dimostrazione di principio si cerca di arrivare a qualcosa che possa avere applicazioni nel mondo reale.
