Immaginate uno scarafaggio che si fa strada tra le macerie con una minuscola telecamera fissata sul dorso. Poco dietro, un secondo esemplare avanza trasportando una siringa in miniatura. Quando il primo individua una persona bloccata, il secondo viene indirizzato fino a raggiungerla, abbastanza vicino da poter somministrare un farmaco. Potrebbe sembrare la scena di un film di fantascienza a basso budget, ma si tratta invece di un progetto reale portato avanti in Australia. Il sistema è stato battezzato Paraborg: scarafaggi trasformati in cyborg paramedici, pensati per raggiungere zone dove, nei primissimi momenti dopo un crollo, nessun soccorritore umano potrebbe arrivare.
Il progetto nasce dalla collaborazione tra i ricercatori dell’Università del Queensland e gli ingegneri biomedici dell’Università del Nuovo Galles del Sud (UNSW), ed è illustrato in un articolo scientifico pubblicato su Advanced Science. La specie coinvolta è Macropanesthia rhinoceros, il grande scarafaggio scavatore tipico del Queensland: gli individui impiegati nello studio misuravano tra 8,4 e 8,7 centimetri, con un peso compreso fra 34 e 40 grammi. Una stazza che, in questo caso, si rivela particolarmente vantaggiosa.
Un esploratore e un portatore di siringhe
L’idea affronta una questione molto concreta delle operazioni di ricerca e soccorso. Dopo un sisma o un crollo, una persona potrebbe rimanere viva sotto tonnellate di detriti mentre i tempi per arrivare fisicamente a lei si allungano pericolosamente. I piccoli robot costruiti da zero devono portare con sé struttura, motori, sensori e batterie, restando comunque abbastanza agili da muoversi in spazi ristretti e terreni irregolari. A quelle dimensioni, riuscire a far coesistere tutti questi elementi resta una sfida notevole.
Lo scarafaggio, invece, sa già fare gran parte del lavoro. Si muove autonomamente, reagisce agli ostacoli, dispone di sensori naturali e adegua il proprio movimento al terreno che incontra. I ricercatori hanno quindi deciso di usare il corpo dell’insetto come base di partenza, aggiungendo elettronica, controllo remoto e strumentazione. È anche uno degli aspetti più interessanti dal punto di vista delle risorse impiegate: secondo gli autori dello studio, i robot bioibridi possono abbattere i consumi energetici e i costi produttivi rispetto ai microrobot completamente artificiali, dato che movimento, struttura fisica e parte delle capacità sensoriali sono già garantiti dall’animale stesso. Per orientare il Paraborg basta una stimolazione dell’ordine dei microwatt.
Questo, tuttavia, non basta a etichettare automaticamente uno scarafaggio cyborg come tecnologia “eco-sostenibile”. Lo studio analizza soprattutto il funzionamento, i consumi e le prestazioni del dispositivo, non l’impatto ambientale complessivo. Batterie al litio, circuiti elettronici, componenti plastici, durata nel tempo e possibilità di recuperare l’elettronica restano tutti fattori da considerare. Il vantaggio concreto, per il momento, è più circoscritto: evitare di riprodurre artificialmente ciò che milioni di anni di evoluzione hanno già perfezionato nelle zampe dell’insetto.
Nel prototipo i compiti vengono divisi tra due esemplari. Uno scarafaggio funge da “esploratore” e trasporta una piccola telecamera Wi-Fi che trasmette immagini in tempo reale. Un secondo porta invece il sistema automatico di iniezione, denominato AIM. Caricare entrambe le funzioni sullo stesso animale aumenterebbe peso, dimensioni e consumo energetico, riducendo anche l’autonomia della connessione wireless: da qui la scelta di distribuire i ruoli tra più individui.
Gli insetti vengono guidati tramite leggere stimolazioni elettriche applicate alle antenne e ai cerci, le appendici sensoriali situate nella parte posteriore del corpo. Stimolando un’antenna si può provocare una deviazione verso il lato opposto, mentre agendo sui cerci si modifica il movimento in avanti. Durante l’esperimento, gli operatori hanno guidato manualmente gli animali lungo un percorso fino al bersaglio prestabilito. Il risultato ha un che di surreale: l’animale continua a camminare con le proprie zampe, mentre qualcuno, tramite un controller, gli suggerisce la direzione da seguire.
Il test ha avuto successo, ma nessuno viene ancora curato da uno scarafaggio
Lasciando per un attimo da parte la fantascienza sotto le macerie, vale la pena guardare cosa è stato effettivamente verificato. Lo studio ha coinvolto cinque scarafaggi, ciascuno sottoposto a cinque prove. Tutti gli esemplari sono riusciti a raggiungere i punti stabiliti durante la navigazione; l’intera sequenza, dal percorso alla somministrazione del liquido su un bersaglio in silicone, è andata a buon fine nel 72% dei tentativi, ovvero 18 su 25. Quando il dispositivo veniva attivato entro 15 centimetri dal bersaglio, il tasso di successo della somministrazione saliva fino a circa il 95%.
Il piccolo iniettore è stato testato separatamente anche su pelle di suino ex vivo. Su dieci tentativi, la penetrazione e la somministrazione sono riuscite nel 90% dei casi, raggiungendo una profondità di circa 5,5 millimetri. Gli esperimenti, va precisato, non sono stati condotti su persone ferite e non dimostrano ancora che il dispositivo possa effettuare un’iniezione sicura ed efficace su un essere umano intrappolato sotto un edificio.
Gli stessi ricercatori pongono un limite piuttosto netto. Le forze rilevate con l’attuale sistema possono superare quelle normalmente utilizzate per inserire piccoli aghi nella pelle umana, e i risultati ottenuti sul silicone non possono essere interpretati come una prova di sicurezza clinica. Tra le soluzioni proposte per gli sviluppi futuri figurano cerotti dotati di microaghi, che potrebbero rendere la somministrazione più controllata e meno invasiva. Prima di arrivare a impieghi reali nelle emergenze, serviranno quindi nuovi dispositivi, verifiche su terreni ben più complessi e una vera validazione medica.
Perché proprio gli scarafaggi
La scelta della specie non è casuale. Macropanesthia rhinoceros è sufficientemente grande da trasportare apparecchiature di dimensioni centimetriche: nella configurazione con il sistema di iniezione, l’attrezzatura aggiungeva circa 17 grammi e 15 millimetri di altezza, senza generare differenze significative nella locomozione osservata durante i test. La configurazione con la telecamera, invece, aggiungeva circa 26 grammi. Ecco perché i ricercatori puntano su una squadra di insetti specializzati, ciascuno con un compito preciso, piuttosto che su un singolo esemplare carico di tutta la strumentazione possibile.
C’è poi il tema, non secondario, del benessere degli animali coinvolti. Secondo l’Università del Queensland, gli scarafaggi vengono anestetizzati durante l’installazione di elettrodi e microchip; una volta terminati gli esperimenti, dispositivi e supporti vengono rimossi. Il team riferisce che, dopo la rimozione delle imbracature, gli insetti vivono quanto gli altri esemplari allevati nelle colonie. Lo studio sottolinea però anche che le linee guida etiche per la ricerca sugli invertebrati non sono ancora standardizzate come quelle applicate a molti vertebrati.
Si tratta di un aspetto tutt’altro che secondario, considerando l’obiettivo futuro di passare da cinque animali di laboratorio a veri e propri sciami di Paraborg. Il progetto immagina insetti con ruoli differenziati: alcuni destinati a trasportare telecamere e sensori ambientali, altri equipaggiati con strumentazione medica. L’operatore umano resterebbe comunque al centro del processo, sia per guidare le operazioni sul campo sia per prendere le decisioni sanitarie definitive. Nessuna ambulanza autonoma a sei zampe, dunque.
In un settore dove ogni grammo aggiuntivo di batteria, materiale o motore riduce lo spazio disponibile per il resto, questi sistemi bioibridi seguono una strada piuttosto radicale: invece di costruire una macchina capace di imitare un insetto, si utilizzano direttamente le capacità naturali dell’animale, costruendo attorno a lui solo la parte tecnologica indispensabile. Dal punto di vista energetico si tratta di un vantaggio reale, confermato dagli stessi ricercatori; dal punto di vista ambientale complessivo, il confronto con i microrobot tradizionali resta ancora da fare. E rimane, naturalmente, la questione etica legata alla trasformazione di organismi viventi in componenti di una macchina di soccorso.
Dal laboratorio a una vera montagna di macerie: la strada è ancora lunga
Le difficoltà più concrete emergono non appena spariscono le pareti ordinate del laboratorio. Cemento e terreno possono attenuare notevolmente il segnale Bluetooth; detriti e ostacoli possono interrompere il collegamento video; ghiaia, sabbia e superfici instabili rischiano di alterare completamente la capacità dell’animale di raggiungere il bersaglio. Anche la quantità di farmaco trasportabile resta limitata: l’attuale dispositivo utilizza un serbatoio da 0,5 millilitri.
Thang Vo-Doan, ingegnere di biorobotica dell’Università del Queensland, ipotizza che squadre di insetti cyborg possano operare in emergenze reali entro 5-10 anni, a condizione che ricerca e test sul campo procedano con la rapidità necessaria. Si tratta comunque di una previsione del ricercatore, non di una data ufficiale di entrata in servizio.
Per ora i Paraborg sono in grado di attraversare un percorso, individuare un bersaglio e consegnare una piccola dose di liquido sotto la supervisione umana. Tra questo laboratorio e una persona sepolta sotto le macerie resta ancora molto lavoro da fare. Ma se un giorno, dopo un terremoto, qualcosa con sei zampe e una siringa dovesse avvicinarsi sotto una lastra di cemento, potrebbe rappresentare una delle rare occasioni in cui vedere arrivare uno scarafaggio sarà davvero una buona notizia.