Esplorare una nuova frontiera

La batteria elettronica commestibile dell’Istituto italiano di tecnologia è tra le migliori invenzioni 2023. Potrà essere usata anche per prevenire alcune malattie.

di Andrea Celesti   24 novembre 2023

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La batteria elettronica commestibile dell’Istituto italiano di tecnologia

Per la prima volta un prototipo nato da un centro di ricerca italiano è stato inserito dalla rivista Time tra le migliori invenzioni. Si tratta di una batteria commestibile e ricaricabile progettata dall’Istituto italiano di tecnologia (Iit). “L’idea è nata dall’esigenza di alimentare sistemi elettronici commestibili. Si tratta di un nuovo campo di ricerca con cui vogliamo realizzare sensori e sistemi che possano essere ingeriti per monitorare la nostra salute, ma anche la qualità del cibo. Tutte queste operazioni richiedono energia e una batteria è uno dei modi più efficaci per fornirla”, dichiara Mario Caironi, coordinatore del Printed and Molecular Electronics Laboratory al Centro di Iit di Milano.

Il gruppo di lavoro si concentra sullo studio delle proprietà elettroniche degli alimenti e dei suoi derivati. Nel 2019 Caironi ha vinto un finanziamento di 2 milioni di euro da parte dell’European Research Council per il progetto Elfo, che esplora il campo dell’elettronica alimentare. “Le batterie – si legge sul Time sono onnipresenti e spesso finiscono nello stomaco dei bambini, dove possono causare lesioni devastanti. Ora, i ricercatori dell’Istituto italiano di tecnologia di Milano hanno sviluppato una piccola batteria ricaricabile che è anche interamente commestibile. Fornendo abbastanza energia per alimentare un piccolo dispositivo Led per più di 10 minuti, non solo si potrebbe ridurre il numero di lesioni provocate dalle batterie nei bambini, ma un giorno potrebbe essere determinante nei dispositivi medici incorporati nel corpo”.

La batteria è realizzata con materie prime che di solito troviamo nei nostri alimenti, anche per questo ingerirla non è pericoloso. Tra queste la vitamina B2 e la quercetina, antiossidante presente nei capperi, che insieme trattengono e rilasciano una carica elettrica in maniera continuativa, funzionando come polo positivo e negativo. Il carbone attivo, antitossico ottenuto da vegetali come il cocco, permette di trasportare la carica, mentre il separatore, necessario in ogni batteria per evitare cortocircuiti, è realizzato con alghe nori, comunemente utilizzate nella preparazione del sushi. Gli elettrodi vengono poi incapsulati in un contenitore di cera d’api, da cui escono due contatti in oro alimentare, usato per le decorazioni di pasticceria. La batteria funziona a 0,65 V, una tensione abbastanza bassa da non creare problemi al corpo umano se ingerita. L’attuale capacità del prototipo è di 10 microampere (una durata 1.000 volte inferiore di una batteria stilo), sufficiente per alimentare led e sensori a basso consumo.

Il team di Caironi si sta concentrano ora su design e dimensioni del prototipo per farne una versione rimpicciolita grande quanto una pillola. “È chiaro che servirà fare passi da gigante per arrivare a durate anche solo confrontabili con una stilo. Con il primo prototipo ci siamo concentrati sulla chimica della batteria. Ora l’attenzione è rivolta all’architettura per aumentare proprio la capacità”, aggiunge Caironi. “Al momento non è plausibile aspettarsi di usare queste batterie per apparati energivori. Abbiamo però indicato che è possibile realizzarne con materiali molto comuni e a basso impatto. Speriamo quindi di contribuire a un filone di ricerca che punta a batterie sostenibili, anche se non necessariamente commestibili”.

E sul rischio di un ulteriore aggravio sulla produzione di cibo, Caironi sottolinea il bisogno di puntare al recupero delle molecole dagli scarti alimentari: “Il recupero, o meglio l’estrazione delle molecole attive dagli scarti e la loro purificazione, potrebbe avere un costo molto elevato. Per questo stiamo collaborando con alcuni chimici per mettere a punto strategie per estrarre i materiali con processi a bassissimo costo, mantenendone le proprietà”.

Le potenziali applicazioni della batteria sono diverse. Può essere usata sia in ambito clinico per monitorare i parametri di salute, sia in quello della sicurezza alimentare per verificare lo stato di conservazione degli alimenti. Inoltre, dato l’alto livello di sicurezza delle batterie, questa tecnologia potrebbe essere utilizzata anche nell’ambito dei giocattoli per i bambini più pic- coli, dove il rischio di ingestione è elevato.

Credo in questa direzione, anche se stiamo parlando di un prospettiva temporale molto lunga”, sottolinea Caironi. “La mia convinzione nasce dal semplice fatto che esistono già dispositivi ingeribili molto potenti, basati su elettronica comune, incapsulata in pillole rigide che ne prevengono il contatto diretto con il corpo. Questi strumenti, però, hanno un limite di applicabilità, perché devono essere somministrati sotto stretta sorveglianza e vengono poi evacuati così come sono, per poi essere recuperati in alcuni casi, o dispersi nell’ambiente. L’elettronica commestibile può forni- re soluzioni con funzionalità più semplici, ma utili per monitoraggi di massa, in cui la pillola smart può essere ingerita senza supervisione, perché perfettamente sicura, e poi digerita senza creare rifiuti potenzialmente dannosi per l’ambiente”.

Il team di ricercatori ha descritto per la prima volta la batteria in un articolo scientifico dal titolo An Edible Rechargeable Battery, pubblicato dalla rivista internazionale Advanced Materials. Poi lo studio ha fatto il giro del mondo e la prima batteria commestibile e ricaricabile è finita sui giornali di molti paesi, tra cui Italia, Francia, Spagna, Germania, Stati Uniti, Brasile, Argentina. “Nella ricerca, soprattutto quando si percorrono strade poco battute, non è scontato da un lato ottenere dei risultati, dall’altro che questi vengano notati così velocemente. Questo ci motiva a proseguire”, commenta Caironi.

Il riconoscimento è il chiaro segno che il nostro Istituto è una realtà internazionale per la qualità delle sue ricerche”, ha commentato Giorgio Metta, direttore scientifico dell’Istituto italiano di tecnologia. “Una qualità che la comunità scientifica e i programmi di finanziamento della ricerca, come per esempio l’European Research Council, ha già avuto modo di valutare in maniera eccellente. Oggi possiamo dire che questa qualità viene trasmessa e si avvicina al pubblico internazionale. È la strada che continueremo a seguire per portare l’innovazione made in Italy verso nuovi traguardi sia tecnici che di mercato. Venti anni di risultati di eccellenza dimostrano che il modello internazionale dell’istituto è solido. Sono ottimista sul fatto che questo stesso modello ci porterà verso ulteriori e più importanti risultati."

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