“Meduse cyborg” per esplorare gli oceani: cosa sono e a cosa potranno servire

Sentir parlare di meduse cyborg può far pensare a un film di fantascienza, ma Hollywood stavolta non c'entra. Gruppi di scienziati stanno portando avanti studi su organismi meno evoluti come le meduse per passare dalla finzione cinematografica alla realtà. Tanto temuta dai bagnanti nelle acque del Mediterraneo, quanto apprezzata dai ricercatori come modello per la creazione di ibridi fra natura e tecnologia, ricercatori da tutto il mondo hanno creato le prime "meduse robotiche" a cui sono stati applicati elettrodi in grado di modificarne velocità e orientamento. Le cyber meduse in futuro potranno essere impiegate in modo estremamente efficiente per esplorare le profondità oceaniche o misurare parametri ambientali, riuscendo a nuotare anche per lunghi periodi di tempo. Il cinema ha ideato e reso famosi cyborg umani come RoboCop, Darth Vader di Guerre Stellari o Steve Austin di “Un uomo da sei milioni di dollari”: il risultato di una combinazione di capacità biologiche e artificiali che lo rendono particolarmente efficiente in una funzione combinando discipline diverse, dalla robotica alla dinamica dei fluidi.

Cosa sono le meduse cyborg che servono a monitorare gli oceani

Alcuni esemplari cyborg, meduse a cui vengono applicati particolari elettrodi, sono stati guidati anche sperimentalmente in acque oceaniche poco profonde. Secondo la dottoressa Nicole Xu, autrice di uno studio pubblicato su Science Advances, le meduse "robotiche" potrebbero essere un ottimo strumento per aiutarci nelle esplorazioni dei fondali oceanici, a noi ancora sconosciuti per la maggior parte. Inoltre, con il cambiamento climatico e la crescente preoccupazione per la salute degli ecosistemi marini e oceanici, potrebbero essere utilizzate come strumenti di monitoraggio delle acque, misurando parametri come pH, temperatura, concentrazione di anidride carbonica.

Da un punto di vista del benessere delle meduse cyborg, i ricercatori assicurano che non sembrano manifestare segni di sofferenza e sopravvivono bene negli acquari.

Come si ottengono le meduse "robotiche"

Tra gli studi più riusciti, si sono distinti tre gruppi di ricerca interdisciplinare in Cina, Negli Stati Uniti e in Giappone. I team di ricerca hanno coordinato diverse competenze e capacità, mettendo insieme principi di robotica, fluidodinamica e biologia per studiare e poi “ingegnerizzare” esemplari di medusa.

Per creare le meduse "robotiche" sono stati utilizzati esemplari di medusa luna (Aurelia coerulea) o di medusa quadrifoglio (Aurelia aurita), alloggiati in speciali acquari mantenuti a una temperatura di 21-25 °C e riempiti con acqua marina proveniente dall'oceano. Considerato che sono  trasparenti, sono state munite di appositi marcatori di colori diversi,  visibili sotto la luce UV, usati come indicatori di posizione per l’analisi del movimento. Per un certo tempo è stato osservato il loro movimento attraverso una speciale telecamera e un sistema di specchi.

È stato ricostruito il movimento fluttuante delle meduse in 3D e la relazione fra determinati impulsi nervosi e determinati tipi di movimento. In punti precisi della medusa sono stati posizionati elettrodi miniaturizzati, applicando brevi stimoli elettrici ai muscoli, in modo da controllare il movimento pulsante e variare la velocità del nuoto.

Perché la medusa viene scelta come modello di laboratorio

La ricerca si è concentrata sulle meduse perché sono animali relativamente semplici da un punto di vista anatomico, ma nello stesso tempo sono nuotatrici particolarmente efficienti per gli scopi della ricerca. Hanno un meccanismo di movimento del tutto particolare e capacità di virata molto rapida. Sono numerosi e presenti ovunque nei mari e negli oceani.

Costituite per circa il 95% di acqua, presentano un numero limitato di muscoli, un anello di tessuto muscolare attorno al margine della campana, responsabile dei movimenti di pulsazione, e una serie di muscoli radiali che si estendono dal centro alle estremità distali dell’animale. Più che nuotare, infatti, grazie a queste strutture le meduse pulsano nell’acqua e non applicano una spinta propulsiva, bensì “un risucchio” che sfrutta un insolito meccanismo di aspirazione anziché di spinta del liquido.

Riescono a orientarsi nello spazio e a mantenere l’equilibrio grazie a una serie di  vescicole (statocisti) contenenti un piccolo corpo minerale di cristalli di calcio, distribuite lungo il margine dell’ombrello. Sono perfettamente paragonabili agli otoliti, i così detti "sassolini" presenti nel nostro orecchio interno, necessari per il nostro equilibrio. Se rimuoviamo gli statocisti, la medusa perde l'orientamento e non è più in grado di eseguire determinati movimenti.

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