La stampa 3D rivoluzionerà l’integrazione uomo-macchina

Un sensore di pressione stampato direttamente sulla mano è il primo passo verso nuovi dispositivi biomedici, prodotti “al volo”

La tecnologia è a portata di mano — letteralmente. Dei ricercatori hanno sviluppato un sensore di pressione che può essere stampato in 3D direttamente sulla mano. Il dispositivo, tanto sensibile da poter percepire il battito cardiaco, è in silicone morbido e si adatta alle curve del dito.

È un grande passo avanti per integrare l’uomo con le macchine, dice Michael McAlpine, uno scienziato dei materiali dell’Università di Minneapolis. Il suo team ha stampato un dispositivo su una mano artificiale, “ma”, dice McAlpine, “apre la strada per stampare in 3D direttamente sul corpo umano”. Un giorno potremmo anche ispirarci ai cyborg o agli uomini bionici dei film di fantascienza, ma per il momento i dispositivi verranno utilizzati per migliorare cure mediche, monitorare la salute ed effettuare interventi chirurgici.

Utilizzando la stampa 3D tramite l’approccio descritto da McAlpine sul giornale Advanced Materials, si possono creare dispositivi anche al di fuori della camera bianca e con strumentazioni molto più essenziali. Secondo le previsioni, le stampanti 3D diventeranno sempre più piccole ed economiche, trasformandosi nel coltellino svizzero del futuro.

“Si possono stampare circuiti elettronici anche all’aperto, utilizzando uno strumento che si può tranquillamente tenere nello zaino. Utilizzando le sole materie prime, si può creare qualsiasi dispositivo — è un cambio di paradigma mai immaginato finora!”, Michael McAlpine, scienziato dei materiali dell’Università del Minnesota.

Ad esempio, un soldato che deve fornire assistenza medica ad un ferito sul campo di battaglia, non deve aspettare l’arrivo dei soccorsi, ma semplicemente fare affidamento sui dispositivi stampati sul proprio corpo. Oppure, nel caso di voler identificare delle mine, non deve aspettare un rifornimento aereo, ma semplicemente stampare sul campo un metal detector. In entrambi i casi, il soldato non ha alcun bisogno di portarsi dietro molti strumenti, ma uno solo: la stampante.

La stampa 3D convenzionale richiede delle plastiche allo stadio liquido — che bisogna scaldare troppo per farle diventare malleabili, e che sono troppo dure una volta raffreddate — incompatibili con il corpo umano. Ma recentemente diversi scienziati hanno provato diversi “inchiostri” per poter stampare qualsiasi cosa: dai batteri ai tessuti organici. Ciò che rende unico il nuovo sensore tattile è la combinazione tra il silicone morbido, che si fissa anche a temperatura ambiente, e l’abilità nello stampare su superfici curve, come quelle della mano.

McAlpine spiega anche il funzionamento: come prima cosa, si scannerizza la forma della mano e la si utilizza come area di stampa. Poi, nel giro di qualche minuto, diversi ugelli spruzzano il silicone sotto forma di gel per costruire il dispositivo, che consiste principalmente in una molla intrappolata tra due strati fissanti di al massimo 4 millimetri di lunghezza. Il sensore riposa poi per una notte per fissarsi al meglio ed è poi pronto per l’utilizzo.

I due strati fissanti sopra e sotto la molla sono in silicone e contengono particelle d’argento per permettere il passaggio di elettricità. Infatti, questi fissanti fungono anche da elettrodi: la molla contiene molto meno argento e si attiva solamente quando viene compressa, facendo passare elettricità. Una volta misurato il passaggio di corrente, il dispositivo può dedurre quanto è stata compressa la molla.

Il sensore è molto semplice e serviva solamente per dimostrare la fattibilità tecnica, ma i ricercatori hanno scoperto che è già abbastanza evoluto da poter percepire il battito cardiaco umano. Una versione più sofisticata può essere stampata su vari strumenti chirurgici per poter dare un senso di tatto virtuale al medico operante. Un sistema del genere può rilevarsi estremamente utile per la video-laparo-chirurgia, ovvero degli interventi minimamente invasivi in cui il chirurgo opera con l’ausilio di una videocamera inserita nel corpo del paziente. In un futuro ancora più lontano un sensore di questo tipo può anche ricreare per intero il senso del tatto, per restituirlo a vittime di ustioni agli arti ad esempio, oppure per essere dato in dotazione ai robot.

Mettendo da parte la questione bionica e la fusione tra uomo e macchina, la tecnologia che permette la stampa su superfici curve è già di per sé molto interessante, dice James Pikul, ingegnere meccanico dell’Università di Philadelphia. “La parte bionica è interessante, ma l’abilità di stampare su superfici curve, magari anche in movimento, permette di integrare la stampa 3D con una varietà di applicazioni”, afferma.

Ad esempio, per aggiungere funzioni a oggetti già prodotti in larga scala, come i droni: si può aggiungere un qualsiasi gadget stampato in 3D a piacimento.

I ricercatori stanno ora lavorando ad un metodo per stampare su superfici in movimento, per poter compensare i normali tremolii di una mano umana. L’obiettivo finale sarà quello di stampare dispositivi integrati, contenenti tantissimi sensori, pensati per qualsiasi utilizzo, connessi naturalmente ad una fonte di alimentazione. Il primo sensore è stato costruito, ora la strada è spianata per svilupparne molti altri.

Tradotto in Italiano. Articolo originale: InsideScience

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