Diventare Ingegneri Bionici

3 anni fa

10 minuti

Quando montavo i miei LEGO Bionicle, quando guardavo estasiato l’installazione della mano robotica su Luke Skywalker ne L’Impero Colpisce Ancora, o versavo una lacrima per A.I. Artificial Intelligence di Steven Spielberg, non pensavo a dove tutte quelle esperienze mi avrebbero portato. Per chi non mi conoscesse mi presento, sono Giorgio e studio per diventare un Ingegnere Bionico.

Quando, chiacchierando con Itomi a Lucca Comics & Games 2017, è venuto fuori il discorso dei miei studi, Antonio si è subito interessato ad una serie di articoli diaristici per Lega Nerd. Da quella chiacchierata sono passati un paio di mesi (e anche un paio di esami) ma eccomi qui a raccontarvi come si diventa – spero – Ingegneri Bionici.

 

 

 

Chi e perché?

Per affrontare meglio questo diario di studi temo sia il caso di inquadrare il mio percorso formativo. Cercherò di essere breve e, se siete studenti e avete domande, potete sempre scrivermi per approfondire.

Probabilmente condizionato da una serie di riferimenti pop tra cui quelli citati poco prima, nel corso del liceo ho sviluppato un interesse per la commistione di materie come l’ingegneria, la fisica e la matematica e le cosiddette scienze della vita: medicina, biologia, chimica.

Ho sviluppato un interesse per la commistione di ingegneria, fisica, matematica e le scienze della vita.

Al termine delle scuole superiori non ho quindi trovato difficoltà a scegliere un percorso di studi: mi sono iscritto al corso di laurea triennale in Ingegneria Biomedica al Politecnico di Milano, una delle migliori università d’Italia e, per giunta, dietro casa.

 

La facciata del Politecnico di Milano.

 

L’ingegneria biomedica, però, è un campo molto vasto e con varie applicazioni (dagli stent agli elettrocardiografi, dalle macchine per la PET all’ingegneria dei tessuti fino ad arrivare alla gestione di impianti ospedalieri) e quando ho scoperto dell’esistenza di una laurea magistrale dedicata esclusivamente alla Bionica, per giunta organizzata da uno dei centri di ricerca più avanzati al mondo nel settore, l’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna, beh ho sentito di volermi mettere in gioco: affrontare le fasi di selezione e abbandonare la comodità del Politecnico per seguire quello che voglio fare davvero.

 

 

 

Cosa?

Ma quindi, vi chiederete adesso, che cos’è l’Ingegneria Bionica? La bionica è un’innovativa area di ricerca che integra le più avanzate tecnologie robotiche e bioingegneristiche con le scienze della vita.

La bionica è un’innovativa area di ricerca che integra le più avanzate tecnologie robotiche e bioingegneristiche con le scienze della vita.

Parlando con le persone spesso si tende a identificare la bionica con la cyborgologia, ovvero tutto ciò che concerne organismi cibernetici, la fusione tra uomo e macchina e intelligenze artificiali assassine. In realtà la Bionica è un’innovativa area di ricerca, una frontiera dell’Ingegneria Biomedica che integra le più avanzate tecnologie robotiche e bioingegneristiche con la medicina, le neuroscienze e le scienze dei materiali, al fine di sviluppare una nuova generazione di robot biomimetici, e altre tecnologie assistenziali.

La Bionica, intesa oggi come punto di incontro di queste scienze e ingegnerie, nasce nel 1989 grazie a dei pionieristici lavori di scienziati come Paolo Dario (attuale direttore dell’Istituto di Biorobotica), Giulio Sandini e Patrick Aebischer. Storicamente, il vero anno di nascita della Bionica è considerato il 1958, quando il maggiore dell’aviazione statunitense E.J. Steele coniò il termine Bionica per indicare essenzialmente quelle tecnologie (con ovvie applicazioni militari) in grado di imitare la natura (biomimetica).

La Biorobotica è dunque contemporaneamente sia una scienza che una ingegneria, dal momento che ha come obiettivi lo studio di robot biomimetici per validare ipotesi scientifiche (esperimenti in artefacto), lo sviluppo di organi, arti e sensi artificiali, la progettazione di robot bioispirati per risolvere necessità mediche e assistenziali o robot medicali avanzati per la chirurgia e la riabilitazione.

 

Robot octopus

Cecilia Laschi, Professore Ordinario di Bioingegneria Industriale all’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa con Octopus un soft robot ispirato ai polpi. Photo: Jennie Hills/London Science Museum

 

 

 

Dove e come?

M.Sc. Bionics Engineering offerto da Scuola Superiore Sant’Anna e Università di Pisa. 20 posti (10 EU e 10 non EU).

Diamo qualche informazione logistica: la laurea magistrale in Ingegneria Bionica è offerta congiuntamente dall’Università di Pisa e dall’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna (nelle top 10 delle università giovani, con meno di 50 anni, del mondo).

Le lezioni si svolgono alla facoltà di Ingegneria di UniPi (a 5 minuti da Campo dei Miracoli e dalla Torre Pendente) e all’Istituto di Biorobotica stesso a Pontedera (a 22 km a est dal capoluogo).

Il corso di laurea ha solo tre anni di vita ed è molto esclusivo (20 posti in totale divisi tra EU ed extra EU) e vi si accede attraverso una selezione basata sulla propria carriera accademica, curriculum vitae, tesi triennale, esperienze all’estero e, se si supera la prima fase, un colloquio.

Essere solo in 20, per me che ho passato gli ultimi tre anni di università in aule da 250 persone, è un po’ come tornare al liceo ma con il vantaggio della didattica universitaria (siamo seguitissimi e il rapporto con i nostri professori è molto diretto) e di avere accanto a sé un gruppo di persone che, volente o nolente, sono state selezionate e dunque con una forma mentis spesso simile: insomma dal mio punto di vista è un ambiente molto stimolante, anche per come – a volte – sono affrontate le materie.

 

Foto di gruppo insieme ai miei colleghi con cui abbiamo seguito il corso di Principi di Ingegneria Bionica e con i professori Paolo Dario (al centro) e Leonardo Ricotti (secondo da destra).
Da: www.bionicsengineering.it

 

Materie, quelle del primo anno almeno, che spaziano da alcuni corsi più generici e tipici di tutte le ingegnerie come Materiali e strumentazione o Analisi dei segnali statistici o Data Mining, fino ad arrivare a corsi più dettagliati sul campo come Principi di Ingegneria Bionica, Ingegneria Neuromorfa o Biomeccanica del movimento umano.

Al secondo anno, poi, il corso si suddivide in due curricula, uno dedicato all’Ingegneria Neurale e uno dedicato alla Biorobotica. Non mancano ovviamente progetti (molte materie già in questo primo semestre hanno un progetto da sviluppare e presentare) e attività di laboratorio. Trovate ulteriori e più dettagliate informazioni sul sito ufficiale del corso di laurea qui.

 

 

 

Esempi di bionica

Mentre sto scrivendo ho passato qualche giorno fa l’esame di Principi di Ingegneria Bionica e sto preparando Data Mining: vorrei allora riportarvi qualche esempio attuale e concreto di bionica e bioispirazione per darvi un feeling su quanto vasto questo campo possa essere e sulle sua potenzialità. Vi presenterò un esempio antico, un esempio del vicino passato e un esempio allo stato dell’arte di bionica e bioispirazione.

 

Progetto del galeone di Mathew Baker, 1576.

 

Nel 1576 Mathew Baker presenta un modello di galeone con “la testa di merluzzo e la coda di sgombro.”

Tra i primissimi esempi storici di biomimetica ci sono certamente i disegni dell’Ingegnere Navale britannico Mathew Baker, mastro costruttore navale alla corte di Enrico VIII di Inghilterra e di Elisabetta I.

In attività fino alla sua morte, avvenuta nel 1613, Baker dimostra già di aver fatto proprio uno dei principi chiave della bionica, quello di non limitarsi a copiare la natura ma di prenderne ispirazione e, con un certo grado di astrazione, ricavarne i principi da applicare alla tecnologia.

Nel 1576 presenta il progetto per la Revenge, un galeone da 400 tonnellate e 43 metri di lunghezza adatta alla navigazione oceanica: il disegno della chiglia della nave, come riporta nei suoi schemi lo stesso Baker, è ispirato all’ottimizzato profilo dei merluzzi (grandi e veloci pesci oceanici), e  permette di ottenere una riduzione della resistenza fluidodinamica, consentendo di raggiungere alte velocità ma mantenendo agilità e stabilità.

Questo galeone con la testa di merluzzo e la coda di sgombro, anche grazie alla nuova tecnica costruttiva della rasatura, divenne lo standard per la costruzione delle navi da guerra inglesi per i successivi 300 anni.

 

Immagine al microscopio elettronico delle chiusure velcro.

 

Le chiusure VELCRO® sono ispirate ai semi della pianta Arctium incastrati nel pelo di un cane.

Spostiamoci in avanti di circa 400 anni e arriviamo in Svizzera. Siamo nel 1941 e il quarantunenne ingegnere elettrico George de Mestral torna a casa da una delle sue tipiche passeggiate sulle Alpi col suo cane.

Quello che nota sono i semi di Arctium lappa incastratisi nel pelo dell’animale, che risultano davvero difficili da togliere. Per curiosità mette quindi questi semi sotto al microscopio e si accorge delle centinaia di microscopici uncini (hook) presenti sul seme di Arctium, che erano in grado di attaccarsi a qualsiasi cosa facesse degli occhielli (loop), proprio come il pelo del cane.

Su questa semplice osservazione Mestral lavora per anni e nel 1955 presenta il brevetto per i “hook-and-loop fasteners” e crea il VELCRO® Brand e anche il nome commerciale del prodotto, da una crasi di “velour” (velluto) e “crochet” (uncini).

 

Video di presentazione della piattaforma robotica per la colonscopia Endotics®.

 

 

Endotics® è un sistema di colonscopia robotizzato che trae ispirazione dal movimento di bruchi e vermi.

Saltiamo nel presente per parlare di Endotics®, un innovativo sistema di colonscopia robotizzato che trae ispirazione dalla tipologia di movimento di bruchi e vermi per superare alcuni dei problemi più diffusi nell’esplorazione endoscopica del colon, come il dolore e la difficoltà di manovra degli strumenti rigidi. Al posto di questi ultimi, infatti, viene utilizzato un verme-robot morbido che, con un minima quantità di aria compressa, è in grado di avanzare all’interno del colon allungandosi e accorciandosi ripetutamente. Endotics® è uno strumento robotico soft, usa e getta e che permette di compiere colonscopie più sicure e con meno dolore per i pazienti: è stato sviluppato dall’Istituto di Biorobotica della Scuola Superiore Sant’Anna ed è commercializzato dal suo spin-off Endotics®, in Italia e nel Regno Unito.

Sperando di avervi incuriosito, vi do appuntamento al prossimo mese con il secondo capitolo di questo particolare “diario”.

 

Datemi qualche feedback nei commenti se vi piace il tipo di format che ho in mente (cioè una prima breve parte di “vita da studente” e una seconda dedicata ad un topic specifico) o avete suggerimenti. Nei prossimi appuntamenti pensavo di parlarvi delle differenze tra le “scienze classiche” e le “ingegnerie classiche” e come queste differenze possano essere superate dalla biorobotica per generare nuova conoscenza o di qualche argomento riguardante le neuroscienze (coscienza o facoltà del liguaggio) visto che sarà il prossimo esame che intendo dare!

 

 

 

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