I ricercatori guidati da Piero Cosseddu al Diee (Dipartimento ingegneria elettrica elettronica di UniCa), con il team di Annalisa Bonfiglio (già pro rettore Innovazione-ateneo Cagliari e ora presidente Crs4), segue da quindici anni lo sviluppo di tecnologie innovative per la realizzazione di elettronica su plastica, nota come “Elettronica organica”. Gli studiosi si sono occupati dell’utilizzo di queste tecnologie per sviluppare una famiglia di sensori flessibili e ultra-sensibili capaci di rilevare parametri di interesse biomedico. Tra questi, ibridazione del Dna, attività elettrica neuronale e metabolica cellulare. “Tra i vari campi applicativi esplorati, uno di quelli più affascinanti studiato nei nostri laboratori è quello dei sensori tattili. Stiamo cercando di riprodurre con i nostri dispositivi il comportamento della pelle, obiettivo diffacile considerando la straordinaria complessità del più esteso organo del corpo umano. Replicare la nostra pelle e crearne una artificiale – dice il professor Cosseddu – è un processo che considera varie problematiche. Ci sono vincoli di tipo funzionale, poiché è necessario realizzare dei sensori in grado di rispondere a differenti stimoli, specie meccanici e termici. Una pelle artificiale deve essere in grado di replicare le proprietà meccaniche della pelle umana, e pertanto dovrebbe essere realizzata con materiali flessibili e possibilmente soffici. L’elettronica organica sta conseguendo un enorme successo in questo settore applicativo, proprio perché consente la fabbricazione, con tecnologie a basso costo (la stampa a getto d’inchiostro) di matrici di dispositivi e/o sensori su vaste aree e su substrati flessibili.”
Pelle artificiale con la sensibilità di un arto reale. La pelle del futuro prende corpo all’Università di Cagliari. “Abbiamo fatto un passo in avanti verso la realizzazione di un prototipo di pelle artificiale mettendo a punto – rimarca Fabrizio Viola – un sensore tattile bimodale che rileva simultaneamente variazioni di temperatura e pressione, realizzato per la prima volta su substrati plastici con spessore inferiore a un micrometro (circa cento volte inferiore al diametro medio di un capello umano). In questo modo, è possibile trasferire tali prototipi di pelle artificiale su qualsiasi superficie come veri e propri tatuaggi”. Andrea Spanu, in prima fila nell’ottimizzazione dei sensori, spiega: “I tatuaggi sensorizzati potrebbero essere integrati su protesi artificiali al fine di conferire alle stesse una sensibilità simile a quella di un arto reale, o, in prospettiva, trasferiti sulla pelle per la rilevazione, oltre che di pressione e temperatura, di importanti parametri biomedici quali per esempio il livello di stress o l’attività elettrica muscolare e cardiaca. Ancora, con questo approccio si potrebbero rivestire i robot del futuro permettendo loro di interagire autonomamente con l’ambiente, gli oggetti circostanti e, perché no, gli esseri umani”. Piero Cosseddu sintetizza: “Il lavoro dimostra come sia possibile realizzare, utilizzando dei transistor su plastica ultra flessibili e ad alte prestazioni, dei veri e propri tatuaggi sensorizzati multimodali che siano capaci di replicare le funzioni della pelle umana. L’introduzione di questi innovativi sensori tattili potrebbe dunque avere importanti ricadute in settori applicativi differenti e in continua evoluzione quali la robotica, la protesica, e la riabilitazione”.
Il team e le sinergie. Al lavoro, con il professor Cosseddu, supervisore del lavoro, e il dottor Fabrizio Viola, primo autore dell’articolo (attualmente ricercatore all’Istituto italiano tecnologia, IIT, Milano), hanno partecipato anche gli specialisti Andrea Spanu (ora alla Fondazione Bruno Kessler, FBK, a Trento), Pier Carlo Ricci, afferente al Dipartimento di fisica dell’Università di Cagliari, e Annalisa Bonfiglio.
Scientific Report/Nature. Il lavoro degli studiosi dell’Università di Cagliari è stato pubblicato sulla rivista internazionale Scientific Reports/Nature (https://www.nature.com/articles/s41598-018-26263-1). Ultrathin, flexible and multimodal tactile sensors based on organic field-effect transistors. (m.fr.)
