Risultati della Ricerca | Il Dipartimento di Farmacia UNISA su "Science Robotics": dalla pectine una "pelle artificiale" che percepisce i cambiamenti di temperatura

Nuovo riconoscimento per la ricerca del Dipartimento di Farmacia dell'Università di Salerno. Mercoledì 1 febbraio è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica Science Robotics, il risultato della ricerca di un team di ricercatori. multidisciplinare ed internazionale del Caltech (California Institute of Technology), ETH (Swiss Federal Insitute of Technology di Zurigo) e Dipartimento di Farmacia dell’Università di Salerno, con un articolo dal titolo Biomimetic temperature-sensing layer for artificial skins. Gli autori sono Chiara Daraio (Caltech, Pasadena, California), Professore di Ingegneria meccanica e Fisica Applicata, tre giovani ricercatori, Raffaele Di Giacomo (Ingegnere elettronico, ETH), Luca Bonomi (Fisico) e Vincenzo Costanza (Ingegnere elettronico) dell’ETH e, ora, entrambi a Caltech e Bruno Maresca, Professore di Microbiologia presso il Dipartimento di Farmacia, UNISA visiting professor all’ETH negli ultimi due anni.

La ricerca ha permesso di sviluppare una “pelle artificiale”, film sottile (pochi micron), trasparente e flessibile a base di pectina e ioni calcio in grado di rilevare cambiamenti di temperatura con un meccanismo simile a quello usato da organi-sensori delle vipere per riconoscere, al buio, prede a sangue caldo; il nuovo materiale sviluppato è in grado di generare una risposta elettrica a cambiamenti di temperatura. A differenza di sensori tradizionali e commerciali che rilevano cambiamenti di temperatura in un range di 5°C, il film è in grado di rilevare cambiamenti minimi (di un ordine inferiore) in un range tra 5 e 50 °C, cosa che lo rende particolarmente interessante per applicazioni biomediche e in robotica. La pectina contiene ioni calcio legati debolmente; un aumento, anche di frazioni di grado di di T, rompe localmente i legami rilasciando gli ioni calcio e diminuendo la resistenza elettrica; la corrente elettrica generata può essere misurata attraverso appositi elettrodi inseriti nel film, generando una mappa bidimensionale che con un software dedicato determina la localizzazione precisa della variazione di T.

Il prof. Bruno Maresca ha dichiarato “Abbiamo prodotto, partendo dalla piante a Salerno e poi utilizzando solo la pectina (proprio quella che si usa per fare le marmellate...), dei film sottilissimi (20 micron) che hanno la straordinaria capacità di percepire variazioni minime di temperatura a contatto o anche a un metro di distanza. La pectina è studiata per applicazioni nei prodotti alimentari e farmaceutici da almeno 70 anni, ma nessuno aveva scoperto queste sue proprietà elettriche e di sensore di temperatura. È il materiale/sensore di temperatura (T) con una sensibilità e precisione mai ottenuta prima. Il nuovo materiale trova applicazione nella robotica e nelle protesi umane meccaniche artificiali (pelle artificiale). Può essere utilizzato anche come sensore in pazienti con ferite profonde o bruciature per monitorare l'aumento di T quale segnale di un infezione in atto. Caratteristica del materiale è di essere pieghevole in modo da ricoprire esternamente un robot o un arto artificiale e riconoscere se un oggetto che incontra sia appunto un oggetto o un corpo umano (o di un animale), o se si sia in presenza di una fonte di calore. In altre parole se avvicini la mano artificiale ricoperta con il film a una fonte di calore (fuoco, oggetti caldi), il materiale ne percepisce la presenza evitando di bruciarlo; esattamente come fa una nostra mano se la metti sul fuoco e la percezione del dolore la fa allontanare in maniera automatica. Il materiale utilizza un meccanismo simile a quello di alcune vipere che al buio "vedono" tramite due piccole membrane ai lati del naso una preda a sangue caldo (topo, coniglio) e lo attaccano. E non costa niente: nell'ordine di centesimi per un metro quadrato di materiale! “

La prof.ssa Rita Aquino, Direttore del Dipartimento di Farmacia ha sottolineato che la ricerca, finanziata dalla Swiss National Science Foundation all’ETH di Zurigo, è iniziata qui ad UNISA 4 anni fa nel Dipartimento di Farmacia, laboratorio del prof. Maresca e, poi, continuata in collaborazione con l’ETH di Zurigo e il Caltech di Pasadena. L’importanza è testimoniata dalla pubblicazione su Science Robotics, una nuova rivista, del gruppo Science, ad altissimo impatto nella comunità scientifica internazionale che copre le aree dell’innovazione nei sistemi ingegnerizzati complessi, nelle scienze di base, nelle computer sciences, e pubblicata da AAAS (American Association for the Advancement of Science), editore di Science. La rivista, che ha iniziato le pubblicazioni nel 2016, copre le aree tematiche legate a nuovi sviluppi nella robotica e materiali innovativi associati, intelligenza artificiale, sensori, interazione uomo-macchina.

Questi primi risultati aprono un campo di ricerca estesissimo, è in corso la preparazione di materiali ancora più sottili e più sensibili e utilizzabili fino a 90°C di temperatura, in questo modo oltre le applicazioni biomediche e in robotica si apre la strada anche per applicazioni industriali e nell'elettronica di consumo (telefoni, telecamere).

• Di seguito è possibile consultare l'articolo integrale di Science Robotics

Pubblicato il 1 Febbraio 2017