Anche i robot mostrano i muscoli

Nei laboratori di ricerca del Politecnico di Zurigo, c’è molto movimento, e non in senso figurato.

I programmi dedicati allo sviluppo di robot negli ultimi anni si sono progressivamente orientati alla realizzazione di dispositivi non più solo in metallo e materiali rigidi, ma al contrario costituiti da strutture e componenti sempre più flessibili. Questa rivoluzione «morbida», che porta il nome di soft robotics, ha visto nascere, crescere e muoversi muscoli artificiali sempre più performanti, nati dall’integrazione di cellule muscolari viventi con materiali «soffici» non-viventi. L’assemblaggio di questi bio-attuatori, come vengono definiti, ha permesso di alimentare un nuovo tipo di robot, detti «bio-ibridi», ispirati alla biologia, che possono assumere varie configurazioni, come i natanti a forma di pesce, razza o medusa, o quelli che imitano l’anatomia muscolo-scheletrica.

Per superare i limiti del tessuto muscolare scheletrico coltivato in laboratorio, che pur essendo in grado di contrarsi, resta ancora poco performante, con movimenti appena percettibili al microscopio, il team del Soft Robotics Lab dell’ETH di Zurigo (https://srl.ethz.ch/) ha messo a punto un sistema bio-ibrido che imita l’interfaccia biologica esistente tra ossa e muscoli, al fine di ottenere una migliore trasmissione della forza e un raggio di movimento più ampio. Motore di queste evoluzioni sono i bio-attuatori (o attuatori bio-ibridi), che combinano tessuto muscolare scheletrico vivo, coltivato a partire da cellule muscolari di topi, con un’armatura morbida in idrogel, dotata di microscanalature. Si tratta di un materiale morbido e ricco d’acqua, che può deformarsi in modo flessibile proprio come il tessuto biologico. Lunghi in genere dai 5mm a 1 cm e mezzo, trasparenti, in grado di muoversi in modo decisamente molto marcato, questi piccoli muscoli sono il cuore pulsante della robotica bio-ibrida, dove le cellule viventi vengono integrate con strutture sintetiche (come polimeri flessibili o idrogel) per creare dispositivi capaci di muoversi e reagire all’ambiente in modo naturale, ma anche di auto-organizzarsi e auto-ripararsi.

In una recente pubblicazione (11 settembre 2026) su «Nature Communications», i ricercatori del team hanno presentato i promettenti risultati degli ultimi progressi fatti grazie anche a un nuovo approccio sperimentale nelle fasi di progettazione di questi sistemi. Se infatti i modelli attuali si concentrano sul miglioramento della fisiologia muscolare, trascurano però l’interazione tra muscolo e supporto artificiale, che i ricercatori del Soft Robotics Lab hanno invece dimostrato essere determinante. Invece di partire da una geometria fissa del muscolo artificiale cui adattare la struttura di supporto, tramite simulazioni al computer, hanno provato a programmare contemporaneamente i due elementi in modo da ottimizzare la loro combinazione in funzione della produzione di una determinata forza, considerando la forma e le proprietà del muscolo come un parametro progettuale, anziché come un vincolo fisso attorno al quale sviluppare il progetto.

L’ETH di Zurigo mette in campo un sistema bio-ibrido che imita l’interfaccia biologica esistente tra ossa e muscoli

I risultati sono incoraggianti: i dispositivi così realizzati hanno raggiunto un’ampiezza di movimento anche undici volte superiore rispetto a modelli precedenti di pari volume muscolare. Questo consentirebbe ai robot bio-ibridi di saltare, nuotare, camminare e afferrare oggetti, con la possibilità di essere scalati in sistemi multi-unità, accelerando lo sviluppo di soluzioni ad alte prestazioni. Insomma, i muscoli bio-ibridi del Soft Robotics Lab si stanno allenando per mostrare tutto il loro potenziale.

Il Lab, che fa parte della piattaforma di ricerca RobotX dell’ETH, è stato fondato dal professor Katzschmann nel luglio 2020. Proveniente dal MIT, con una solida esperienza maturata nella ricerca riguardante i robot flessibili e adattivi, coordina un team dedicato allo sviluppo, fabbricazione e progettazione di sistemi di controllo all’avanguardia, con l’obiettivo di potenziare le capacità dei robot in vista di applicazioni nel mondo reale, che evidentemente sono molteplici: dalla medicina alla micro chirurgia, protesi e organi artificiali, dispositivi robotizzati per manipolare oggetti fragili o pericolosi, monitoraggio ambientale, lavori in ambienti di rischio, solo per citarne alcune.

In merito al progetto dei piccoli muscoli bio-ibridi, il professor Katzschmann tiene a puntualizzare, tuttavia, che la strada per farli uscire dal laboratorio è ancora lunga. Ci sono diversi aspetti da considerare. La sfida più grande è rappresentata dal fatto che il tessuto muscolare dei robot bio-ibridi, per poter sopravvivere, necessita di un fluido nutritivo. Un sistema complesso e che funzioni a lungo avrebbe dunque bisogno di un apparato di circolazione sanguigna artificiale, che conduca ossigeno e sostanze nutritive ai tessuti e porti via le sostanze di scarto. C’è inoltre da considerare la variabilità naturale dei tessuti viventi coltivati in laboratorio, che, a differenza dei materiali industriali rigidi, non si comportano esattamente tutti allo stesso modo. Occorre dunque studiarne con maggior dettaglio e attenzione le modalità di sviluppo durante la loro maturazione in laboratorio.

Il lavoro dei ricercatori sicuramente mette in evidenza quanto sia importante e necessaria la collaborazione tra diversi ambiti di ricerca, che porti a dialogare discipline diverse come biologia, robotica, scienze dei materiali, informatica. Un dialogo indispensabile per affrontare lo sviluppo di tessuti muscolari e scheletro artificiale come un unico sistema integrato. E a tal proposito, torna prezioso l’evento di arrivo. Lo Swiss Robotics Day 2026 (swissroboticsday.ch) si terrà venerdì 13 novembre presso lo StageOne Event & Convention Center di Zurigo. Si tratta dell’evento principe in Svizzera dedicato alla robotica per l’industria e la ricerca, dove studiosi, studenti, ingegneri e finanziatori hanno la possibilità di incontrarsi e condividere lo stato dell’arte del settore. È promosso dal Centro nazionale svizzero di competenza nella ricerca (NCCR) in robotica, con l’EPFL di Losanna e l’ETH di Zurigo come capofila.

L’edizione 2026, la 17esima, è organizzata proprio da ETH Zürich RobotX, con il sostegno della Swiss Robotics Association (swiss-robotics.org). Nel corso della giornata tra conferenze, interviste con esperti del settore, workshop tematici e sessioni di networking, sarà possibile assistere a dimostrazioni dal vivo con la presentazione delle ricerche più recenti, i risultati delle spin-off di laboratorio e le ricadute pratiche nel mondo industriale e del lavoro. Un’occasione, insomma, per capire il valore della ricerca fuori dai laboratori e per la vita quotidiana.