Gli scarafaggi cyborg paramedici entrano tra le macerie con telecamere e siringhe: ecco i “Paraborg”

Uno scarafaggio entra tra le macerie con una telecamera sulla schiena. Un altro lo segue trasportando una minuscola siringa. Se il primo trova una persona intrappolata, il secondo viene guidato abbastanza vicino da poterle somministrare un farmaco. Sembra il reparto sanitario di un film di fantascienza con un budget particolarmente creativo, invece è un esperimento condotto in Australia. Li hanno chiamati Paraborg: scarafaggi cyborg paramedici pensati per arrivare dove medici e soccorritori, almeno nei primi minuti dopo un crollo, semplicemente non possono passare.

Il sistema è stato sviluppato dai ricercatori dell’Università del Queensland insieme agli ingegneri biomedici dell’Università del Nuovo Galles del Sud (UNSW) ed è descritto in uno studio pubblicato su Advanced Science. Gli animali utilizzati sono Macropanesthia rhinoceros, gli scarafaggi giganti scavatori del Queensland: gli esemplari dello studio misuravano circa 8,4-8,7 centimetri e pesavano tra 34 e 40 grammi. Una taglia che, per una volta, torna parecchio utile.

Uno cerca il ferito, l’altro porta l’iniezione

L’idea nasce da un problema molto concreto delle operazioni di ricerca e soccorso. Dopo terremoti e crolli, una persona può rimanere viva sotto metri di detriti mentre l’accesso diretto richiede tempo. I piccoli robot artificiali devono portarsi dietro chassis, attuatori, sensori e una fonte di energia, mantenendo abbastanza agilità da affrontare passaggi stretti e superfici irregolari. A quelle dimensioni, far stare tutto insieme è ancora complicato.

Lo scarafaggio buona parte di questo lavoro lo sa già fare. Cammina, reagisce agli ostacoli, possiede sensori biologici e adatta il movimento al terreno. I ricercatori sfruttano quindi il corpo dell’insetto come piattaforma e aggiungono elettronica, controllo remoto e strumenti. È anche uno degli aspetti più interessanti di questa tecnologia sul piano delle risorse: secondo gli autori, i robot bioibridi possono ridurre il fabbisogno energetico e i costi di fabbricazione rispetto a microrobot completamente artificiali, perché locomozione, struttura e parte delle capacità sensoriali sono già fornite dall’animale. Per la sola stimolazione necessaria a orientare il Paraborg si parla di potenze dell’ordine dei microwatt.

Questo, però, non basta a trasformare automaticamente uno scarafaggio cyborg in una tecnologia “verde”. Lo studio misura soprattutto funzionamento, consumi e prestazioni del sistema, non la sua impronta ambientale complessiva. Batterie al litio, circuiti, componenti plastici, durata e possibilità di recuperare e riutilizzare l’elettronica continuano a far parte del conto. Il vantaggio interessante, per ora, è più preciso: evitare di ricostruire artificialmente ciò che milioni di anni di evoluzione hanno già messo sulle zampe dell’insetto.

Nel prototipo il lavoro viene infatti diviso. Uno scarafaggio fa da “osservatore” e trasporta una piccola videocamera Wi-Fi che invia immagini in tempo reale. Un secondo porta il sistema automatico di iniezione, chiamato AIM. Caricare tutto sullo stesso animale aumenterebbe peso, ingombro e consumo energetico, riducendo anche il tempo di funzionamento wireless: da qui l’idea di distribuire i compiti tra più individui.

Gli insetti vengono telecomandati attraverso leggere stimolazioni elettriche applicate alle antenne e ai cerci, le appendici sensoriali posteriori. Stimolando un’antenna si può indurre una deviazione nella direzione opposta, mentre l’intervento sui cerci viene utilizzato per modificare il movimento in avanti. Nell’esperimento gli operatori li hanno guidati manualmente attraverso un percorso fino al bersaglio. Il risultato ha qualcosa di surreale: l’animale continua a camminare con le proprie zampe, mentre qualcuno al controller gli suggerisce dove andare.

Il test ha funzionato, ma nessuno viene ancora curato da uno scarafaggio

Qui conviene lasciare per un momento la fantascienza sotto le macerie e guardare cosa è stato effettivamente provato. Lo studio ha utilizzato cinque scarafaggi, ciascuno impegnato in cinque prove. Tutti sono riusciti a raggiungere i punti previsti durante la navigazione; l’intera sequenza, dal percorso alla somministrazione del liquido su un bersaglio in silicone, è riuscita nel 72% dei tentativi, 18 su 25. Quando il dispositivo veniva azionato entro 15 centimetri dal bersaglio, il tasso di successo della somministrazione arrivava fino a circa il 95%.

Il piccolo iniettore è stato verificato separatamente anche su pelle suina ex vivo. In dieci prove la penetrazione e la somministrazione sono riuscite nel 90% dei casi, raggiungendo circa 5,5 millimetri di profondità. Gli esperimenti, dunque, non sono stati effettuati su persone ferite e non dimostrano ancora che il dispositivo possa praticare un’iniezione sicura ed efficace su un essere umano intrappolato sotto un edificio.

Gli stessi autori mettono un limite piuttosto netto. Le forze misurate con l’attuale sistema possono superare quelle normalmente impiegate per inserire piccoli aghi nella pelle umana e i risultati ottenuti sul silicone non possono essere letti come una dimostrazione di sicurezza clinica. Tra le soluzioni proposte per gli sviluppi successivi ci sono cerotti con microaghi, che potrebbero rendere la somministrazione più controllabile e meno invasiva. Prima di arrivare alle emergenze reali serviranno quindi nuovi dispositivi, verifiche su terreni molto più complicati e una vera validazione medica.

Perché mandare proprio degli scarafaggi

La specie scelta aiuta parecchio. Macropanesthia rhinoceros è grande abbastanza da trasportare apparecchiature centimetriche: nella configurazione con il sistema di iniezione, l’attrezzatura aggiungeva circa 17 grammi e 15 millimetri in altezza senza produrre differenze significative nella locomozione osservata durante i test. La configurazione con la telecamera aggiungeva invece circa 26 grammi. Anche questo spiega perché i ricercatori puntino su una squadra di insetti specializzati anziché sul Rambo sanitario degli scarafaggi con tutto lo strumentario sulla schiena.

C’è poi la questione degli animali utilizzati. Secondo l’Università del Queensland, gli scarafaggi vengono anestetizzati durante l’installazione degli elettrodi e dei microchip; terminati gli esperimenti, dispositivi e supporti vengono rimossi. Il gruppo riferisce che, dopo la rimozione delle imbracature, gli insetti vivono quanto gli altri esemplari allevati nelle colonie. Lo studio precisa però anche che le linee guida etiche per la ricerca sugli invertebrati non sono ancora standardizzate come quelle applicate a molti vertebrati.

È un dettaglio tutt’altro che laterale se l’obiettivo futuro è passare da cinque animali in laboratorio a veri sciami di Paraborg. Il progetto immagina insetti con ruoli differenti: alcuni potrebbero portare telecamere e sensori ambientali, altri apparecchiature mediche. Il soccorritore umano resterebbe dentro il processo, sia per guidare le operazioni sia per prendere le decisioni sanitarie. Nessuna ambulanza autonoma a sei zampe, insomma.

In un settore dove ogni grammo di batteria, materiale e motore aggiunto restringe lo spazio disponibile, questi sistemi bioibridi seguono quindi una strada piuttosto radicale: invece di costruire una macchina capace di imitare un insetto, usano direttamente le capacità dell’insetto e costruiscono attorno a lui soltanto la parte tecnologica necessaria. Dal punto di vista energetico è un vantaggio reale indicato dagli stessi ricercatori; dal punto di vista ambientale complessivo il confronto con i microrobot tradizionali deve ancora essere fatto. E rimane, naturalmente, la questione etica di trasformare organismi viventi in componenti di una macchina di soccorso.

Tra il laboratorio e una vera montagna di macerie c’è ancora parecchia strada

Le difficoltà più prosaiche cominciano appena spariscono le pareti ordinate del laboratorio. Cemento e terreno possono attenuare fortemente il segnale Bluetooth; detriti e ostacoli interrompono il collegamento video; ghiaia, sabbia e superfici instabili possono cambiare completamente la capacità dell’animale di raggiungere il bersaglio. Anche la quantità di farmaco trasportabile è limitata: l’attuale dispositivo utilizza un serbatoio da 0,5 millilitri.

Thang Vo-Doan, ingegnere di biorobotica dell’Università del Queensland, immagina che squadre di insetti cyborg possano arrivare nelle emergenze reali entro 5-10 anni, purché ricerca e test sul campo procedano abbastanza rapidamente. È una previsione del ricercatore, non una data di entrata in servizio.

Per adesso i Paraborg sanno attraversare un percorso, trovare un bersaglio e consegnare una piccola dose di liquido sotto controllo umano. Tra questo laboratorio e una persona sepolta dalle macerie c’è ancora parecchio lavoro. Ma se un giorno, dopo un terremoto, qualcosa con sei zampe e una siringa dovesse avvicinarsi sotto una lastra di cemento, potrebbe essere una delle rare occasioni in cui vedere arrivare uno scarafaggio sarà un’ottima notizia.