Una delle impensabili frontiere della robotica e dell’intelligenza artificiale è stata attraversata da un team di ricercatori della University of Pennsylvania e della University of Michigan, che hanno annunciato la creazione di micro-robot autonomi e programmabili più piccoli di un granello di sale. Le loro dimensioni sono talmente minuscole – circa 200 per 300 per 50 micrometri – che un singolo robot potrebbe stare in equilibrio sul bordo di un’impronta digitale senza essere notato a occhio nudo. Questa evoluzione non è soltanto un esercizio di miniaturizzazione estrema, ma segna un punto di svolta nel campo della robotica microscopica integrata: questi dispositivi contengono al loro interno un computer, sensori, memoria e un sistema di propulsione che lavora su una quantità di energia inferiore a quella consumata da uno smartwatch, eppure riescono a muoversi, percepire l’ambiente e prendere decisioni senza alcun controllo esterno.
La sfida che gli scienziati hanno affrontato per decenni è stata proprio quella di creare robot autonomi sotto un millimetro di dimensione. In questo regno microscopico, le regole fisiche cambiano radicalmente: dove un robot di taglia normale può spostarsi piegando un braccio o una ruota, per un oggetto così piccolo l’acqua è viscosa come catrame e gli ostacoli sembrano montagne. Per anni, la robotica è rimasta bloccata a causa delle difficoltà tecniche legate alla miniaturizzazione di tutti i componenti essenziali: autonomia energetica, capacità di calcolo, sensori e propulsione. Il gruppo di ricercatori ha risolto buona parte di questi problemi combinando competenze estremamente specializzate di ingegneria elettrica e microfabbricazione.
La chiave di volta è stata il modo in cui questi micro-robot si alimentano e si muovono. Invece di fili, magneti o joystick, gli scienziati hanno dotato ogni robot di minuscole celle solari che catturano la luce dei LED e la convertono in energia elettrica, sufficiente a fornire circa 75 nanowatt di potenza per far funzionare il processore, i sensori e il sistema di locomozione. Per dare propulsione a questi microrobot, gli ingegneri non hanno usato parti meccaniche in movimento come ruote o gambe, ma hanno sfruttato un principio di elettro-idrodinamica: creando campi elettrici che manipolano ioni nel fluido circostante, i robot generano un flusso che muove l’intera struttura. Questo sistema permette loro di “nuotare” in liquidi molto densi, spostandosi in schemi complessi e persino coordinandosi in gruppi, un po’ come i banchi di pesci nel mondo animale.
In termini di elaborazione e percezione, ciascun micro-robot contiene un piccolo computer con processore e memoria, insieme a sensori in grado di rilevare variazioni di temperatura con una precisione di circa un terzo di grado Celsius. Questa combinazione di capacità consente ai robot di reagire a stimoli ambientali e prendere decisioni autonome, senza bisogno di comandi esterni costanti. Un aspetto particolarmente curioso è il modo in cui comunicano: i movimenti dei robot possono codificare informazioni, un concetto che i ricercatori paragonano addirittura alla “danza delle api”. In pratica, osservando con un microscopio come si muovono, gli scienziati possono decodificare dati sulle condizioni che i robot stanno sperimentando o sulle risposte che stanno dando.
Questi micro-robot sono anche programmabili in modo individuale. Utilizzando impulsi di luce, ogni robot può ricevere un programma unico prima di essere lasciato a operare autonomamente. Questo apre la porta a scenari in cui molteplici robot, ciascuno con un ruolo specifico, lavorino insieme in compiti più complessi di quanto possa fare un singolo robot. I possibili campi di applicazione sono molto ampi: dalla medicina, con robot capaci di navigare all’interno di fluidi biologici per monitoraggio cellulare o consegna mirata di farmaci, fino alla microfabbricazione o analisi chimica in ambienti microscopici dove la presenza umana è impossibile.
Secondo i ricercatori coinvolti, questo risultato rappresenta un salto enorme in un campo che è rimasto sostanzialmente immobile per circa quarant’anni. Superare simultaneamente gli ostacoli della miniaturizzazione di sensori, capacità di calcolo e propulsione autonoma apre nuovi orizzonti tecnologici che fino a ieri appartenevano più alla fantascienza che alla realtà pratica. Riuscire a mettere un “cervello” completo all’interno di un oggetto così piccolo non è soltanto un successo tecnico, ma un passo fondamentale verso future tecnologie microscopiche che potrebbero trasformare settori interi della scienza e dell’ingegneria.