Tre affrontano i materiali di domani

Guarda all'interno dei laboratori di tre ricercatori del MIT il cui lavoro potrebbe cambiare il modo in cui gli ingegneri progettano e costruiscono. Due stanno inventando nuovi materiali e uno sta sviluppando modi per aggiornare l'aspetto dei materiali in modo che possano essere aggiornati invece che sostituiti. L'ingegneria potrebbe non essere più la stessa.

Le cellule muscolari progettate da Ritu Raman si contraggono in risposta alla luce e potrebbero portare alla creazione di robot biologici in grado di adattarsi al loro ambiente o di ripararsi dopo un incidente.

Ritu Raman si sfrega le mani guantate con etanolo e raggiunge un'incubatrice grande quanto un mini-frigo per estrarre un vassoio di piastre Petri. I piatti contengono impalcature traslucide stampate in 3D a forma di U. E su questi scheletri polimerici crescono piccole bande rosa di cellule muscolari.

Si dirige nella stanza accanto, dove una luce a fibra ottica può essere posizionata sopra i piatti, emettendo impulsi di luce blu troppo luminosi per essere guardati senza occhiali di sicurezza. Raman spiega che le cellule, che provengono da una linea originariamente derivata dai topi, sono state progettate per contrarsi sotto tale luce; la luce pulsante agisce come un personal trainer, facendoli esercitare. "Vivono lì e poi vengono qui per andare in palestra", scherza.

Negli ultimi due decenni, gli ingegneri hanno sperimentato materiali biologici perché la progettazione bioibrida presenta un netto vantaggio rispetto alla costruzione con plastica o acciaio: le cellule viventi possono crescere, cambiare e adattarsi. Raman, che è un inglese (1961) e Alex (1949) professore assistente per lo sviluppo della carriera in ingegneria meccanica, gestisce un laboratorio focalizzato sulla creazione di materiali biologici adattivi che sfruttano la capacità delle cellule di percepire, elaborare e rispondere ai loro stimoli. ambiente. Misurando come l'attività indotta dalla luce influenza le sue cellule bioingegnerizzate, Raman può avere un'idea migliore di come i robot bioibridi potrebbero un giorno essere in grado di adattarsi a terreni sconosciuti.

"Ci sono molte cose che possono cambiare quando ti alleni", dice. Alcuni tipi di fibre muscolari, ad esempio, possono sopportare solo piccoli carichi, ma possono farlo per molto tempo; altri possono sopportare una forza molto maggiore ma si stancano facilmente. Quali fibre muscolari diventano più forti dipende dal tipo di esercizio eseguito dal muscolo. Raman immagina un robot bioibrido pensato per operare a distanza, alimentato da una “batteria” di zucchero e aminoacidi, che potrebbe essere progettato per sviluppare i muscoli giusti per il lavoro da svolgere e persino ripararsi facendo ricrescere le parti danneggiate in un incidente o caduta.

"Se volessi un robot attraversare la stanza, che è un ambiente relativamente controllato con una temperatura costante e tutto il resto, potrei semplicemente costruire un robot normale a basso costo", afferma. "Ma in un ambiente imprevedibile e dinamico, potrei non sapere quanto forte debba essere o quali pericoli potrebbero essere presenti. Se viene danneggiato, non potrò andare a curarlo, quindi deve essere in grado per riprendersi e adattarsi."

Raman è cresciuta in India, Kenya e negli Stati Uniti, figlia di un ingegnere chimico e di un ingegnere meccanico. Mentre i suoi genitori lavoravano per risolvere i problemi del mondo reale, vide i benefici immediati che l’ingegneria poteva portare; ricorda di aver visto suo padre installare torri di comunicazione nei villaggi rurali. Laureata in ingegneria meccanica alla Cornell, ha seguito casualmente un corso di biomeccanica e ne è rimasta immediatamente affascinata. "È stato il primo libro di testo che mi è davvero piaciuto leggere in tutta la mia vita", afferma.

Non che la biologia sia sempre stata divertente. Come assistente di laboratorio, ha lavorato in un laboratorio che misurava il modo in cui l'alcol e l'esercizio fisico insieme influenzavano i ratti. "Ero in uno scantinato con topi ubriachi sui tapis roulant che non volevano correre", dice. "È stato terribile!" A poco a poco, però, rimase affascinata da come i corpi e il comportamento degli animali cambiavano in risposta al loro ambiente insolito: "Ero tipo, quello è così grosso, quello è forte e quello ha imparato a far andare il tapis roulant quindi non deve scappare. Niente di ciò che possiamo costruire corrisponde a quanto siano intelligenti e adattivi i sistemi di vita."

Raman trasferisce il terreno liquido di coltura cellulare (a sinistra) in una fiaschetta di cellule viventi. Le sue cellule muscolari ingegnerizzate vengono attivate da lampi di luce per contrarsi o "esercitarsi".