I ricercatori del Politecnico di Zurigo hanno sviluppato muscoli artificiali che contengono microbolle e possono essere controllati con gli ultrasuoni. In futuro, i muscoli potrebbero essere utilizzati come bracci di presa, cerotti, per la somministrazione mirata di farmaci o come robot in medicina e tecnologia.
A prima vista, sembra un semplice esperimento sui materiali: Basta un breve impulso di ultrasuoni e una sottile striscia di silicone inizia a piegarsi o a rigonfiarsi. Ma c’è molto di più. Un team guidato da Daniel Ahmed, professore di Robotica acustica in Bioscienze e Sanità, ha sviluppato una nuova classe di muscoli artificiali: membrane flessibili che reagiscono agli ultrasuoni grazie a migliaia di minuscole bolle d’aria.
Movimento flessibile grazie alla disposizione delle bolle
Per produrre i muscoli artificiali, i ricercatori hanno utilizzato uno stampo con una microstruttura. La membrana di silicone prodotta in questo stampo ha dei minuscoli pori sul lato inferiore, ciascuno dei quali ha una profondità e una larghezza di circa 100 micrometri, cioè uno spessore pari a quello di un capello umano. Quando i ricercatori immergono la membrana in acqua, piccole bolle d’aria rimangono intrappolate nei pori.
Quando le onde sonore colpiscono queste bolle, esse iniziano a vibrare e generano una corrente diretta che muove il muscolo. Le dimensioni, la forma e la disposizione delle bolle possono essere controllate con precisione, ottenendo movimenti che vanno da una curvatura uniforme a un andamento ondulatorio. I muscoli reagiscono in pochi millisecondi e possono essere controllati in modalità wireless.
Presa delicata e movimento di scivolamento
I ricercatori hanno dimostrato i muscoli artificiali in diverse applicazioni. Una di queste è un braccio di presa morbido in miniatura. Nell’esperimento, sono riusciti a dimostrare che il braccio è in grado di afferrare delicatamente una larva di pesce zebra nell’acqua e di rilasciarla di nuovo. "È stato affascinante vedere con quanta precisione e delicatezza la pinza ha funzionato: la larva ha poi nuotato via indenne", spiega Zhiyuan Zhang, ex dottorando di Ahmed e uno dei due autori principali dello studio pubblicato sulla rivista Nature.
Per dimostrare i movimenti ondulatori, i ricercatori hanno anche costruito un robot a forma di minuscola razza. È largo circa quattro centimetri. Due muscoli artificiali assumono la funzione delle pinne pettorali. Non appena i ricercatori li stimolano con gli ultrasuoni, si crea un movimento ondulatorio che permette al mini-robot di scivolare nell’acqua senza cavi. "La locomozione ondulatoria è stata un vero punto di forza per noi", afferma Ahmed. "Dimostra che possiamo generare non solo movimenti semplici con le bolle, ma anche schemi complessi come un organismo vivente"
A lungo termine, lo "Stingraybot", come i ricercatori chiamano il robot, potrebbe essere utilizzato nel tratto gastrointestinale per rilasciare farmaci con precisione millimetrica o per supportare procedure minimamente invasive. I ricercatori hanno anche già pensato a come lo Stingraybot possa un giorno essere trasportato nello stomaco: lo arrotolano e lo inseriscono in una capsula appositamente sviluppata che può essere inghiottita e si dissolve nello stomaco.
Adatto a spazi ristretti e superfici sensibili
I ricercatori hanno anche prodotto una piccola ruota in silicone con bolle di diverse dimensioni, che può essere spinta anche dagli ultrasuoni. Negli esperimenti condotti con l’intestino di un maiale, hanno potuto dimostrare che può essere utilizzata per navigare attraverso gli avvolgimenti intestinali stimolando le bolle di diverse dimensioni una dopo l’altra. "L’intestino è un ambiente particolarmente difficile perché è stretto, curvo e irregolare", spiega Zhan Shi, ex dottorando di Ahmed e altro primo autore. "Ecco perché è stato impressionante che il nostro robot su ruote sia riuscito a muoversi al suo interno"
I ricercatori hanno anche sviluppato cerotti morbidi che possono aderire a strutture curve grazie all’attivazione degli ultrasuoni. Tali cerotti potrebbero essere adattati individualmente alle forme dei tessuti e rilasciare farmaci localmente, ad esempio per il trattamento di cicatrici o tumori. Negli esperimenti, il team è già riuscito a introdurre del colorante in un modello di tessuto come test.
Muscoli molli con potenziale medico
"Abbiamo prima svolto la ricerca di base e poi abbiamo dimostrato la versatilità dei muscoli artificiali: dalla somministrazione di farmaci e la locomozione nel tratto gastrointestinale ai cerotti sul cuore", riassume Ahmed.
Si tratta ancora di test di laboratorio, ma il potenziale per future applicazioni mediche e tecniche è enorme. A lungo termine, questi muscoli morbidi potrebbero aiutare a somministrare i farmaci in modo più preciso e a rendere le operazioni più delicate. La combinazione di biocompatibilità, flessibilità e controllo wireless li rende uno strumento promettente per la medicina. Per i ricercatori, il cammino verso i muscoli controllati acusticamente è solo all’inizio.
Riferimenti bibliografici
Shi Z, Zhang Z, Schnermann J, Neuhauss SCF, Nama N, Wittkowski R, Ahmed D: Muscoli artificiali programmabili guidati dagli ultrasuoni. Nature, 29 ottobre 2025, doi: 10.1038/s41586-025-09650-3
