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muscoli artificiali
La seta del ragno potrebbe essere usata come elemento per creare muscoli artificiali

Ricercatori hanno scoperto che la seta di ragno, sottoposta a un certo grado di umidità, produce un forte movimento di torsione, una proprietà che può essere sfruttata per implementare futuri muscoli artificiali o per il movimento di attuatori in braccia robotica.

La seta di ragno, già nota come uno dei materiali più resistenti, risulta avere un’altra proprietà insolita che potrebbe portare a nuovi tipi di muscoli artificiali o attuatori robotici. Questo è quanto ipotizzato da un team di ricercatori che hanno pubblicato uno studio sulla rivista Science Advances.
La ricerca ha dimostrato che le fibre della seta rispondono velocemente ai cambiamenti di umidità. Nella fattispecie, al di sopra di un certo livello di umidità relativa, i fili si contraggono e torcono, esercitando una forza sufficiente per essere potenzialmente competitiva rispetto ad altri materiali che vengono impiegati in dispositivi dediti al controllo di attuatori o dispositivi di movimento.

I ricercatori hanno scoperto una proprietà della seta del ragno chiamata supercontrazione, in cui le fibre sottili possono improvvisamente ridursi in risposta ai cambiamenti di umidità. La nuova scoperta è che la seta non solo si contrae, ma nel contempo esercita anche una forte forza di torsione. Il team ha testato altri materiali cercando di verificare le stesse proprietà, compresi i capelli umani, ma non sono riusciti a trovare risultati simili. Secondo i ricercatori, questa interessante proprietà ”potrebbe essere usata per sviluppare muscoli artificiali o nei robot di prossima generazione”. La seta di ragno è già nota per il suo eccezionale rapporto resistenza/peso, la sua flessibilità, la sua robustezza e resistenza. Altri ricercatori stanno lavorando per replicare le medesime proprietà in una sorta di seta sintetica.

Muscolo artificiale pronto per essere utilizzato sui robot

Il sogno di Lenore Rasmussen di sviluppare un muscolo artificiale compirà un ulteriore passo avanti proprio in questi giorni, sarà infatti impiegato in un esperimento sulla Stazione Spaziale Internazionale. Il materiale che compone il muscolo sarà lanciato nello spazio, destinazione ISS, con il sesto cargo rifornimenti, a trasportarlo sarà il razzo Falcon 9 di SpaceX che decollerà alle 22:33 ore italiane (arriverà nei pressi della Stazione mercoledì 15 aprile). Sarà conservato in un rack di stoccaggio a gravità zero in un laboratorio sulla Stazione spaziale per 90 giorni. Gli astronauti analizzeranno il materiale ogni tre settimane; al suo ritorno sulla Terra, previsto per il mese di luglio, lo stesso sarà testato e confrontato con materiali identici rimasti per lo stesso periodo di tempo sul nostro pianeta.

Il materiale messo a punto da Rasmussen (il cui primo brevetto è stato riconosciuto nel 1988) è stato sviluppato presso i RAS Labs, lavorando a stretto contatto con ingegneri e ricercatori dell’US Department of Energy. Vista la sua ottima resistenza alle radiazioni, il muscolo sintetico potrebbe essere utilizzato nei robot inviati a esplorare lo spazio e pianeti come Marte.

“Sulla base dei buoni risultati avuti negli esperimenti a terra, il passo successivo è vedere come il muscolo si comporterà nello spazio” ha riferito Charles Gentile, ingegnere che ha lavorato a stretto contatto con Rasmussen. “Da lì il passo successivo potrebbe essere di utilizzarlo su una missione su Marte”.

Il muscolo di Rasmussen si compone di un materiale simil-gel ai polimeri elettro-attivi che imita il movimento dei muscoli umani, può quindi espandersi e contrarsi con estrema semplicità, rendendolo ideale per l’impiego sui robot. “Noi non possiamo esplorare lo spazio senza robot” spiega Rasmussen, che continua: “Gli esseri umani possono solo sopportare una certa quantità di radiazioni così che limita il tempo che le persone possono restare nello spazio; i robot, invece, possono essere molto resistenti alle radiazioni e operare quindi nello spazio per lunghi periodi di tempo”.

Nelle loro ricerche, Rasmussen e il suo team hanno verificato che il materiale che compone il muscolo artificiale riesce a resistere a temperature estreme fino a-271 gradi Celsius, un valore molto vicino allo zero assoluto, la temperatura più fredda possibile nell’universo. In altre prove di laboratorio, il materiale è stato esposto con successo a raggi gamma, ben un quantitativo ben 20 volte maggiore rispetto alla quantità che sarebbe letale per un essere umano, l’equivalente delle radiazioni che si possono assorbire in un ipotetico viaggio dalla Terra a Marte e ritorno.

Ricercatori creano in laboratorio muscoli artificiali

Un team di scienziati della Duke University è riuscito a far crescere in laboratorio muscoli artificiali che potrebbe consentire ai ricercatori di testare farmaci senza utilizzare materiale umano. Il muscolo ricreato in laboratorio si contrae e risponde agli stimoli biochimici e prodotti farmaceutici così comune un tessuto nativo. Lo studio è stato condotto da Nenad Bursac, professore associato di ingegneria biomedica presso la Duke University e Lauran Madden, ricercatore nel laboratorio di Bursac.

“La bellezza di questo lavoro è che può servire come banco di prova per le sperimentazioni cliniche” ha riferito Bursac. “Stiamo lavorando per testare farmaci di efficacia e sicurezza senza compromettere la salute del paziente e anche di riprodurre i segnali biochimici e funzionali delle malattie — particolarmente quelle rare”. Questa è la prima volta che un tessuto muscolare umano-equivalente è stato “coltivato” in laboratorio e sembra che sarà una vera manna per ricercatori.

Bursac e Madden hanno coltivato un piccolo campione di cellule umane generate da cellule staminali, ma non ancora diventato tessuto muscolare. Hanno ampliato questi “precursori miogenici” facendoli crescere su una sorta di scheletro 3D rimpolpato con un gel nutriente che ha permesso loro di formare fibre muscolari allineate e perfettamente funzionanti.

Per vedere se i muscoli artificiali potevano essere utilizzati per test medici, Bursac e Madden hanno studiato la risposta a una varietà di farmaci, tra cui le statine usate per abbassare il colesterolo e il clenbuterolo. Gli effetti dei farmaci corrispondevano a quelli visti nei pazienti umani.

“Uno dei nostri obiettivi è quello di utilizzare questo metodo per fornire una medicina ad hoc per ogni paziente” ha dichiarato Bursac. “Possiamo effettuare una biopsia da ogni paziente, far crescere suoi muscoli nuovi in laboratorio e utilizzare gli stessi per vedere come reagiscono a un determinato farmaco”.