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In tutto il mondo diverse sperimentazioni stanno dimostrando che è realizzabile un’epidermide artificiale con proprietà simili a quella umana. Non in tempi brevissimi

Il prototipo di e-skin realizzato da un gruppo di università italiane (Neuro-Robotic Touch Lab, Istituto di Biorobotica Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa)

Può essere considerata l’organo più grande del nostro corpo , un formidabile sistema difensivo allo stesso tempo in grado di svolgere funzioni importanti anche e soprattutto a livello emotivo, relazionale e psichico. La pelle umana è morbida ed elastica e ha milioni di terminazioni nervose che percepiscono il calore e il tatto. Per tale sua complessità, riuscire a riprodurne una versione elettronica è da quarant’anni una delle sfide più impegnative della bionica , la scienza che studia le funzioni sensorie e motorie degli organismi viventi per riprodurle o potenziarle con dispositivi elettronici o di altro tipo.

A livello scientifico, però, qualcosa si sta muovendo come testimoniano una serie di studi pubblicati di recente da gruppi di ricerca internazionali. Tra questi, il Neuro-Robotic Touch Lab dell’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, coordinato dal professor Calogero Oddo . Insieme all’Istituto Italiano di Tecnologia, le Università Sapienza di Roma, Campus Bio- Medico di Roma e Cà Foscari di Venezia, e con il centro di competenza Artes 4.0, è stato pubblicato su Nature Machine Intelligence uno studio sul funzionamento di una pelle artificiale che emula una famiglia di corpuscoli della pelle umana, i recettori chiamati corpuscoli di Ruffini.

«Con questa tecnologia innovativa di tatto artificiale abbiamo dimostrato la capacità di codificare su un’area larga e con geometria complessa, due proprietà fondamentali e caratteristiche della percezione tattile umana: la localizzazione del punto di contatto e l’intensità della forza con cui un robot interagisce con l’ambiente », spiega Oddo. La pelle, in pratica, è costituita da uno strato di polimero soffice nel quale sono stati inseriti sensori fotonici particolari (a reticolo di Bragg). «Abbiamo trovato un’enorme opportunità nei sensori fotonici, perché risolvono un problema pressante in robotica che è quello del cablaggio . Il segnale elettrico deve avere un dipolo per essere generato, cioè deve avere un filo di andata e un filo di ritorno. In un robot, però, più fili ci sono più risultano d’impaccio», aggiunge.

Nel modello italiano di e-skin, l’interpretazione dei segnali trasmessi dai sensori inoltre avviene tramite algoritmi di Intelligenza artificiale. Lo studio è un primo passo, sia pure promettente. Ancora lontano, però, dall’emulazione della pelle umana . «Basti pensare che solo nella pelle di una mano abbiamo 17mila sensori — dice Oddo —. Nella nostra pelle biomimetica ne abbiamo integrati 16. Abbiamo già un altro prototipo con 21 sensori e la tecnologia che abbiamo sviluppato ci permetterebbe di arrivare senza grossa fatica a qualche centinaio di recettori. «Attualmente, tuttavia, lo stato dell’arte è distante in termini di densità e di abilità complessive».

Un rivestimento in grado anche di rilevare sostanze chimiche pericolose

Ma la ricerca prosegue. Wei Gao, ingegnere biomedico presso il California Institute of Technology, ha deciso di provare a combinare sensori tattili e di temperatura con quelli in grado di rilevare sostanze chimiche . In laboratorio, è stato così realizzato un «inchiostro» fatto di nanomateriali formulato per rilevare una specifica sostanza chimica e in grado così di evidenziare la presenza di esplosivi, agenti nervini e persino virus come il Sars-CoV-2. L’e-skin risultante sembra un cerotto trasparente con disegni metallici incorporati sulla superficie. Il lavoro del suo team è stato pubblicato su Science Robotics.

Lo è stato anche così come quello del gruppo di ricerca coordinato da Ravinder Dahiya , professore di Elettronica e nanoingegneria e leader del gruppo Bendable Electronics and Sensing Technologies presso l’Università di Glasgow. Dahiya ha sviluppato un sensore tattile che utilizza minuscoli transistor «neurali» , dispositivi che controllano il flusso di elettricità da e verso altri componenti elettronici, per aiutare la pelle robotica a sentire e imparare. La pressione sui transistor nella pelle provoca un cambiamento nella corrente elettrica, che fa «sentire» la pressione anche al robot . Nel tempo, il robot può adattare le sue risposte alla quantità di pressione rilevata.

Materiale piàù sensibile della punta di un dito umano

Un altro studio, pubblicato su Advanced Materials Technologies, è quello di Anna Maria Coclite , professoressa all’Istituto di Fisica dello Stato Solido, Università di Tecnologia di Graz (Austria). Per quasi sei anni, il suo team ha lavorato allo sviluppo di una smart skin. Con 2 mila sensori singoli per millimetro quadrato, il materiale ibrido realizzato (un polimero intelligente sotto forma di idrogel all’interno e un guscio di ossido di zinco piezoelettrico ) è ancora più sensibile della punta di un dito umano.

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