Scarafaggio-cyborg crea elettricità tramite metabolismo

I cyborg sono ormai realtà da diversi anni, anche se si tratta principalmente di insetti o di piccoli vertebrati. Gli scarafaggi sembrano essere i soggetti ideali per unire la materia vivente a quella sintetica: sono resistenti, versatili, e si prestano per numerosissime applicazioni teoriche e pratiche.
Un gruppo di ricercatori della Case Western Reserve University ha anche scoperto un metodo per sfruttare gli scarafaggi per la produzione di energia elettrica. Questa ricerca apre il campo a numerosissimi scenari futuri, in cui scarafaggi-cyborg potranno utilizzare periferiche tecnologiche alimentandole con il loro solo metabolismo, senza alcuna batteria o pannelli solari.
"E' virtualmente impossibile partire da zero e creare qualcosa che funzioni come un insetto" spiega Daniel Scherson, professore di chimica dell'università e leader del gruppo di ricerca. "usare un insetto è molto più semplice. C'è bisogno di energia elettrica per alimentare i sensori o per eccitare i neuroni e far agire l'insetto come si desidera, generando energia a sufficienza direttamente dall'insetto stesso".
Scherson ed il suo team hanno sviluppato una minuscola cella a biocombustibile in grado di sfruttare gli zuccheri prodotti dagli scarafaggi per generare energia. La cella sfrutta la trealasi, un enzima in grado di trasformare il trealosio in zuccheri più semplici, i monosaccaridi. Un secondo enzima, quindi, interviene su questi zuccheri per ossidarli e rilasciare elettroni, che vengono catturati dal catodo per generare elettricità.
Sfruttare la trealasi si è rivelato inizialmente più duro del previsto: per oltre un anno, i ricercatori si sono concentrati escusivamente sulla produzione di questi enzimi, dato che quelli sintetizzati disponibili in commercio si erano rivelati poco efficaci durante le sperimentazioni precedenti.
Michelle Rasmussen, co-autrice della ricerca, si è concentrata sulla sintesi dell'enzima da colture di Escherichia coli. "Michelle ha poi iniziato a raccogliere enzimi che hanno dimostrato di possedere attività molto più specifiche di quelle ottenibili dalle fonti disponibili in commercio. Il nuovo enzima ha portato al successo".
La cella a biocombustibile è stata impiantata all'interno dell'addome di una femmina di scarafaggio, lontano dagli organi interni più importanti e direttamente collegata al sistema circolatorio dell'insetto.
"Gli scarafaggi hanno un sistema circolatorio aperto, per cui il sangue non è sotto una pressione elevata" spiega Roy E. Ritzmann, professore di biologia e co-autore della ricerca. "Per cui, al contrario di un vertebrato, se si spinge una sonda all'interno di una vena o peggio ancora in un'arteria (un vaso ad alta pressione), il sangue non fuoriesce. Fondamentalmente, è una cosa molto positiva. Infatti, non è insolito che gli insetti si ristabiliscano velocemente [da una ferita] per poi fuggire via".
Dopo l'installazione della cella a biocombustibile, lo scarafaggio non ha riportato alcun danno, situazione ideale per analizzare a fondo l'impatto sul lungo termine di un sistema cibernetico di questo genere.
Lo scarafaggio è riuscito a produrre un massimo di 100 microwatt per centimetro quadrato, con un voltaggio di 0,2 volt. Sembra una quantità minuscola di energia, ma in futuro potrebbe essere di gran lunga aumentata perfezionando il prototipo di cella a combustibile, e riducendo il consumo di elettricità realizzando micro-periferiche a misura d'insetto.
I ricercatori si concentreranno in futuro sulla miniaturizzazione dell'impianto, che allo stato attuale sporge dall'addome dello scarafaggio. Questo non consente all'insetto di muoversi o di volare normalmente, e ne limita l'impiego pratico.
Il passo successivo sarà quello di ottimizzare le micro-periferiche per limitare il loro consumo di energia, aumentando allo stesso tempo la loro capacità operativa.
"E' possibile utilizzare il sistema in modo intermittente" dice Scherson. "Un insetto equipaggiato con un sensore potrebbe misurare la quantità di gas nocivo dentro una stanza, inviare i risultati, spegnersi e ricaricarsi per un'ora, e poi eseguire nuove misurazioni e inviare i risultati delle analisi".
Possiamo spingerci ancora oltre: ricordate RoboRoach, il kit per scarafaggi-cyborg progettato dagli studenti del Senior Engineering Project? Una delle principali limitazioni di questo sistema è l'autonomia di funzionamento delle periferiche che consentono di controllare la direzione degli insetti. Tramite le celle a biocombustibile realizzate da Scherson e colleghi, non c'è virtualmente limite all'utilizzo di scarafaggi-cyborg se non la speranza di vita media dell'insetto stesso.
Scientists suck power from cockroaches, Matrix-style