Cyberpunk 2077 è già realtà? Un viaggio nel campo della bioingegneria

I livelli raggiunti dalla biorobotica in campo prostetico ci portano a pensare che Cyberpunk 2077 sia già realtà.

Cyberpunk 2077 è già realtà? Un viaggio nel campo della bioingegneria
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  • Negli ultimi anni la ricerca in campo bioingegneristico ha fatto passi da gigante grazie allo studio di nuovi materiali e all'avanzamento della mioelettronica. In generale come protesi si definisce un qualsiasi implemento artificiale alla menomazione o alla disfunzione di un organo, anche i semplici occhiali da vista vengono identificati come tali.
    Dall'antichità ad ora tuttavia siamo passati dalla gamba di legno piratesca agli arti in fibra di carbonio leggeri, intercambiabili per diverse evenienze ed ultraresistenti. La rivoluzione maggiore si deve proprio all'utilizzo dei nuovi materiali superleggeri e super resistenti che permettono al corpo di usufruire della protesi senza dover effettuare sforzi estremi, recentemente poi il campo della ricerca dei materiali si è ampliato verso nuovi polimeri, sempre più simili ai tessuti biologici o addirittura migliori di essi.

    Infine, i nuovi studi legati all'elettronica in campo muscolare (mioelettronica) hanno permesso di implementare l'efficienza dei collegamenti neurali con la protesi fin anche a creare dispositivi artificiali controllabili direttamente dal possessore tramite il "pensiero".

    Quando fantasia e realtà si incontrano

    Oggi con il termine protesi possiamo riferirci non solo ad arti ma anche ad organi interni, dal pancreas ai reni al cuore, agli organi di senso come gli impianti per non udenti e per ipovedenti, arrivando spesso al limite tra bioignegneria e biorobotica.

    Il confronto con opere come Cyberpunk 2077 o con altre più classiche viene spontaneo, ovviamente non immaginate lame celate o razzi che escono dalle dita, ma in alcuni casi le nuove protesi non solo sembrerebbero comparabili biologicamente con i nostri organi ma anche più efficienti.Un esempio è la nuova tecnologia dell'occhio artificiale sviluppato dai ricercatori dell'Università di Hong Kong, il quale imita la struttura dell'occhio umano ed ha un tempo di reazione più veloce di un vero bulbo oculare. La ricerca è nuovissima ed è stata pubblicata su Nature nel maggio 2020, il leader del gruppo di ricerca, l'ingegnere Zhiyong Fan, afferma che in futuro protesi come questa potrebbero portare ad un miglioramento delle capacità visivo-cognitive grazie alla robotica umanoide.

    Il nostro occhio è in grado di registrare le variazioni di luminosità grazie alla retina, una cupola formata da cellule recettori che trasformano energia luminosa in potenziale elettrico e inviano il segnale direttamente al cervello. L'occhio artificiale di Fan è stato costruito similmente con una cupola in ossido di alluminio ricoperta da un gran numero di sensori nanometrici fatti di un materiale fotosensibile, la perovskite.

    Questi sensori inviano i segnali a circuiti esterni che li rielaborano e tramite impulsi elettrici sono in grado di trasmetterli al cervello, proprio come la retina. Tuttavia, questa cupola artificiale è in grado di registrare la variazione luminosa con una velocità molto superiore all'occhio umano (40-140 ms vs i naturali 30-40 ms) ed è in grado di ottenere una risoluzione migliore grazie alla presenza di 460 milioni di sensori contro i 10 milioni della retina.
    Gli svantaggi sono comunque un campo visivo inferiore (circa 100 gradi contro i 150 biologici) ed il fatto che per ora non sono stati raggiunti livelli di efficienza ottimale per i collegamenti ai sensori della protesi robotica, per ora dunque l'immagine elaborata dall'occhio artificiale sembra raggiungere una risoluzione massima di 100 pixel.

    Siamo già nel futuro

    Rimane comunque il fatto che questo tipo di protesi permetterebbe per ora ai non vedenti di poter tornare alla vista, seppur in bassa risoluzione, del mondo intorno a loro, aiutandoli nella disabilità. Con l'avanzamento nella ricerca, un domani sarà possibile aumentare la risoluzione fino a ottenere un sistema visivo più efficiente di quello naturale biologico. Un altro esempio è l'impianto per non udenti tramite l'impianto cocleare. Questo è composto da due parti, una esterna formata da un microfono-ricevitore, posizionato dietro all'orecchio, simile all'apparecchio acustico convenzionale. Trasforma i suoni in segnali elettrici e li invia ad un processore del linguaggio.

    Il processore è programmato specificamente per trasmettere le informazioni più importanti per il riconoscimento del linguaggio. La parte interna, posizionata mediante intervento chirurgico, è composta di un ricevitore-stimolatore in ceramica o titanio con un'antenna ricevente collegata ad un microchip ed un sistema di elettrodi. L'antenna viene tenuta nella sua posizione grazie ad un magnete. Il microchip decodifica le informazioni ricevute dal processore esterno, trasmette agli elettrodi intracocleari e provoca dunque la stimolazione delle fibre del nervo cocleare.

    Tuttavia questi impianti non sono privi di svantaggi, come un fastidioso rumore di fondo o le alterazioni del suono, dovute al mancato riconoscimento delle frequenze giuste da parte del processore.Recentemente Greg Watkins, ingegnere biomedico dell'Università di Sidney, ha messo a punto un algoritmo che fornisce un modo veloce ed efficacie per implementare le protesi e migliorarle senza che queste debbano essere indossate da un paziente.

    Uno dei problemi maggiori nella ricerca scientifica in campo prostetico è il campione di riferimento. Pochi sono i pazienti su cui lavorare per migliorare le protesi e spesso sono affetti da diverse tipologie di disabilità. Watkins, il quale indossa anche lui un impianto per una patologia che lo ha reso sordo 15 anni fa, insieme ai suoi collaboratori ha messo a punto un algoritmo per poter effettuare delle previsioni accurate e realistiche senza bisogno di test sui pazienti.

    Questo potrebbe portare in pochi anni ad un'implementazione delle capacità della protesi tale da permettere un'elevata efficienza nella ricezione dei suoni e rielaborazione da parte del sistema nervoso, con un udito che potrebbe diventare dunque più sensibile dell'organo naturale. Alcuni gruppi di ricerca affermano che in pochi anni gli impianti cocleari potrebbero arrivare a rilevare suoni anche a frequenze di 20000 Hz o al di sotto dei 50 Hz inudibili per gli esseri umani.

    Infine, per quanto riguarda gli arti, ogni giorno la ricerca porta a nuovi traguardi impensabili anche solo 10 anni fa. Gli scienziati della Seoul National University, in Corea del Sud, hanno sintetizzato una pelle intelligente a partire dal silicone anatomico utilizzando delle nuove strutture cristalline.
    Questo silicone cristallino ultrasottile permette di rivestire gli arti prostetici e di collegarli a sensori elettrici che permettono di riconoscere sensazioni come il caldo, il freddo o una leggera pressione. In collaborazione con l'Università di Coventry del Regno Unito questa scoperta ha portato al primo intervento chirurgico per l'impianto di 100 microelettrodi, collegati a fibre del sistema nervoso centrale per permettere di elaborare i dati e restituire un feedback diretto al possessore della protesi.

    Quest'anno sono poi usciti diversi articoli scientifici basati sullo studio della reinnervazione muscolare mirata (TMR), in cui il sistema nervoso viene come "reindirizzato" verso muscoli ancora presenti. Questi, contraendosi, trasmettono un segnale alle fibre artificiali che lo inviano a loro volta alla protesi: in questo modo il controllo delle protesi è quasi simultaneo e più intuitivo.
    Grazie a queste ricerche a breve gli arti prostetici potrebbero divenire più sensibili di quelli biologici e, grazie all'implementazione dei nuovi materiali, più resistenti. Sono ancora presenti problematiche relative all'intervento e alla manutenzione di questi arti, ma possiamo dire che sia sorprendente il fatto che già dal 2018 anche in Italia siano stati effettuati i primi interventi riusciti di queste protesi che ne permettono il controllo mentale. Una conseguenza di questo avanzamento tecnologico incredibile è, ad esempio, la possibilità per tante persone con disabilità di poter fare ciò che amano, come la storia di Daniel Melville , giovane gamer senza un braccio che grazie all'utilizzo dei nuovi feedback istantanei e alla stampa 3D è tornato a giocare senza alcun problema, entrando anche nel guinness dei primati come primo possessore di una mano bionica prensile stampata in 3D.

    Arrivati a questo punto Cyberpunk 2077 non sembra essere poi così lontano, anzi, presto inizieremo a chiederci dove sarà il limite tra protesi bionica e potenziamento bionico.