Rifiuti dell’industria ittica diventano componenti per pinze e robot nuotatori, aprendo modelli di economia circolare nell’automazione

Nella corsa alla robotica ispirata alla natura, materiali come metalli, polimeri e compositi restano dominanti. Un gruppo di ricerca dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne ha però deciso di ribaltare il paradigma, dimostrando che componenti biologici recuperati dalla filiera alimentare possono diventare parti funzionali di macchine operative. Nel 2025 il CREATE Lab della Scuola di Ingegneria dell’EPFL ha presentato un manipolatore bio-ibrido costruito a partire da esoscheletri di addomi di scampi, già lavorati per il consumo umano e quindi disponibili come scarto industriale.

Il progetto, pubblicato sulla rivista ”Advanced Science”, non è una semplice provocazione estetica. I ricercatori hanno integrato elementi biologici con attuatori e controlli sintetici, ottenendo tre dimostratori: una pinza in grado di movimentare oggetti fino a 500 grammi, una coppia di gripper capaci di afferrare oggetti di forme diverse, e un piccolo robot nuotatore che utilizza due “pinne” bio-derivate per la propulsione. In acqua, il prototipo ha raggiunto velocità di circa 11 centimetri al secondo, un valore modesto ma sufficiente per validare il principio di funzionamento.

L’idea si inserisce in un filone più ampio di bio-hybrid robotics, ma introduce una variabile nuova: l’uso sistematico di materiali di recupero come risorsa progettuale, con potenziali ricadute su costi, impronta ambientale e modelli di produzione. Secondo stime dell’industria europea della trasformazione ittica, negli ultimi anni oltre il 40 per cento della biomassa dei crostacei lavorati non entra nella catena alimentare, generando flussi di scarti difficili da valorizzare.

Quando l’esoscheletro diventa una piattaforma meccanica

Dal punto di vista funzionale, la scelta degli esoscheletri non è casuale. Le code dei crostacei combinano gusci mineralizzati con membrane articolari, offrendo un equilibrio naturale tra rigidità e flessibilità. Come spiega Josie Hughes, responsabile del laboratorio:

“Gli esoscheletri combinano gusci mineralizzati con membrane articolari, fornendo un bilanciamento tra rigidità e flessibilità che permette ai segmenti di muoversi in modo indipendente. Queste caratteristiche sono alla base dei movimenti rapidi e ad alta coppia dei crostacei in acqua, ma sono anche molto utili per la robotica”.

Per trasformare una struttura biologica in un componente meccatronico controllabile, il team ha sviluppato una procedura in tre fasi. Prima, un elastomero viene inserito all’interno dell’esoscheletro per consentire l’attuazione dei singoli segmenti. Poi, la struttura viene montata su una base motorizzata che regola estensione e flessione, modulando la risposta in rigidità. Infine, un rivestimento in silicone rinforza l’insieme e ne prolunga la durata operativa. Il risultato è un elemento che mantiene la geometria naturale ma risponde a comandi digitali, integrandosi in architetture robotiche convenzionali.

Nei test di laboratorio, la configurazione a pinza singola ha dimostrato di poter spostare carichi fino a mezzo chilogrammo in una zona bersaglio con precisione ripetibile. In configurazione a doppio gripper, due esoscheletri accoppiati sono riusciti ad afferrare oggetti con dimensioni e superfici diverse, da un pennarello a un pomodoro, senza schiacciamenti né slittamenti eccessivi. Per la propulsione in acqua, la flessione ritmica delle “pinne” bio-ibride ha generato una spinta continua, confermando la trasferibilità del concetto anche a sistemi dinamici.

Riciclo funzionale e design ciclico dei sistemi robotici

Oltre alle prestazioni, l’aspetto più rilevante è il ciclo di vita del dispositivo. Dopo l’uso, la parte biologica può essere separata dalla base motorizzata, mentre la maggior parte dei componenti sintetici viene recuperata e riutilizzata. Sareum Kim, primo autore dello studio, sottolinea:

“Per quanto ne sappiamo, siamo i primi a proporre una prova di concetto che integri scarti alimentari in un sistema robotico che combina progettazione sostenibile con riuso e riciclo”.

n termini di design circolare, il progetto introduce un approccio modulare che potrebbe essere adattato ad altre biomasse con proprietà meccaniche interessanti.

La variabilità naturale resta tuttavia una criticità. Ogni esoscheletro ha geometrie leggermente diverse, e questo si traduce in risposte meccaniche non perfettamente simmetriche, come osservato nel gripper a due “dita”, che tende a piegarsi in modo diverso sui due lati. Per applicazioni industriali standardizzate, questo limite richiede controlli adattivi più sofisticati, come sistemi di tunable controllers in grado di compensare in tempo reale le differenze strutturali.

Nonostante ciò, il valore scientifico dell’esperimento sta nell’aver dimostrato che la variabilità biologica non è necessariamente un ostacolo, ma può diventare un parametro di progetto, soprattutto in contesti dove l’adattabilità è più importante della ripetibilità assoluta. In ambito biomedicale, ad esempio, la capacità di interfacciarsi con tessuti e fluidi in modo più “morbido” rispetto ai materiali rigidi tradizionali è un vantaggio competitivo, e i ricercatori intravedono possibili estensioni verso impianti biomedicali o piattaforme di monitoraggio di bio-sistemi.

Sul piano della sostenibilità, l’iniziativa dialoga con le strategie europee più recenti su bioeconomia e valorizzazione dei sottoprodotti agro-alimentari, che negli ultimi due anni hanno visto un aumento degli investimenti in tecnologie di recupero dei materiali organici per applicazioni non alimentari. In questo quadro, la robotica può diventare un nuovo sbocco per flussi di biomassa finora sottoutilizzati, contribuendo a ridurre la pressione su polimeri vergini e metalli critici.

Tra ispirazione naturale e nuova ingegneria controllata

Il lavoro del CREATE Lab si colloca in una tradizione di ricerca che guarda alla natura come archivio di soluzioni meccaniche efficienti, ma introduce un passo ulteriore: non solo imitare le forme, bensì incorporare direttamente parti biologiche in sistemi ingegnerizzati.

“Anche se la natura non fornisce necessariamente la forma ottimale, supera ancora molti sistemi artificiali e offre indicazioni preziose per progettare macchine funzionali basate su principi eleganti”,

osserva ancora la dottoressa Hughes, sintetizzando una filosofia che privilegia l’apprendimento dai processi evolutivi piuttosto che la loro mera replica estetica.

Nel breve periodo, è improbabile che esoscheletri di crostacei entrino nelle linee produttive della robotica industriale. Tuttavia, come dimostratore tecnologico, il progetto apre una discussione concreta su come integrare materiali bio-derivati in architetture meccatroniche, con benefici potenziali in termini di sostenibilità, adattabilità e costo delle materie prime. In un settore che sta rapidamente espandendo il proprio perimetro applicativo, dalla logistica alla sanità, la capacità di progettare sistemi che nascono già con una logica di riuso potrebbe diventare un fattore di differenziazione strategica.

Più in generale, l’esperimento suggerisce che l’innovazione robotica non passa solo da sensori più sofisticati o algoritmi più efficienti, ma anche da scelte materiali e di filiera. Trasformare uno scarto in una funzione meccanica misurabile è un gesto ingegneristico, ma anche culturale, che ridefinisce il confine tra rifiuto e risorsa. In questo senso, i robot bio-ibridi dell’EPFL non rappresentano solo una curiosità di laboratorio, ma un tassello di un dibattito più ampio su come progettare tecnologie compatibili con cicli produttivi meno lineari e più resilienti.

I robot bio-ibridi trasformano gli scarti alimentari in macchine funzionali

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