I ricercatori dell’Università Tecnica di Delft, nei Paesi Bassi, hanno creato una pinza robotica morbida che si muove senza batteria, motore, controlli elettronici o una fonte di energia esterna. L’attuatore utilizza il metabolismo di microalghe viventi per convertire la luce in una flessione meccanica, secondo uno studio pubblicato su Nature Communications.
Il dispositivo è una striscia lunga due centimetri, realizzata con due strati di idrogel incollati tra loro. Ogni strato reagisce in modo diverso ai cambiamenti di acidità, o pH. Le microalghe crescono sulla superficie di uno degli strati, formando un biofilm dopo che la striscia è stata collocata per sette giorni in una coltura della specie d’acqua dolce Chlamydomonas reinhardtii.
Quando sono esposte alla luce rossa e blu, le alghe svolgono la fotosintesi e consumano nitrato dalla soluzione nutritiva circostante. Questi processi rimuovono gli ioni di idrogeno vicino all’idrogel, aumentando il pH locale da circa 8 fino a 11. Il cambiamento fa sì che i gruppi chimici nello strato attivo diventino caricati negativamente, assorbano acqua e si gonfino fino a raggiungere un peso superiore di oltre quattro volte rispetto a quello originale. Poiché i due strati si espandono in modo diverso, la striscia si piega.
Quando la luce viene spenta, la fotosintesi si arresta. Le alghe metabolizzano quindi gli zuccheri immagazzinati e rilasciano anidride carbonica, rendendo nuovamente più acido l’idrogel. Lo strato attivo si contrae e la striscia si piega nella direzione opposta, mentre il pH dell’acqua circostante cambia solo marginalmente.
Per dimostrare il concetto, i ricercatori hanno prodotto un fiore artificiale, una pinza a quattro dita e un gancio. Sotto illuminazione, la pinza si è chiusa attorno a una sfera metallica cava del peso di 18,4 milligrammi. Il gancio ha sostenuto un anello di gomma da 52,5 milligrammi e lo ha rilasciato dopo lo spegnimento della luce.
La propulsione biologica è altamente efficiente dal punto di vista energetico, ma lenta. Una risposta misurabile inizia da 10 a 20 secondi dopo un cambiamento dell’illuminazione, tuttavia una piegatura completa di 300 gradi può richiedere fino a 18 ore. Per questo, i video dimostrativi dell’università utilizzano velocità in time-lapse tra 1.800 e 3.600 volte superiori rispetto al tempo reale.
Dopo 15 ore di illuminazione, l’attuatore ha raggiunto una forza massima di 0,8 millinewton, approssimativamente equivalente al peso di una massa di 80 milligrammi. Nell’esperimento, un supporto esterno ha eseguito il movimento verso l’alto necessario per sollevare gli oggetti. L’attuatore deve inoltre rimanere in un ambiente liquido contenente nutrienti disciolti e si seccherebbe all’aria.
Il sistema basato sulle alghe è rimasto operativo per almeno 60 giorni, più a lungo rispetto ad alcuni precedenti progetti bioibridi basati su cellule muscolari animali o batteri. I ricercatori non hanno utilizzato organismi geneticamente modificati. Suggeriscono che la tecnologia potrebbe eventualmente essere utile in applicazioni che richiedono movimenti lenti e forze ridotte, tra cui elementi di ombreggiatura controllati dalla luce, sistemi agricoli e la manipolazione di campioni delicati sott’acqua.
Fonti: t3n.