In tutto il mondo, in molti animali domestici e da lavoro sono installati microchip. Il processo è semplice: un minuscolo transponder con un numero di identificazione viene racchiuso in un oggetto delle dimensioni di un chicco di riso e iniettato sotto la pelle, in modo che se un animale si perde possa essere identificato. Ma i chip elettronici possono fare molto di più che contenere un numero identificativo… E se potessimo tracciare la posizione di un animale smarrito? Monitorare la frequenza cardiaca di un cane dopo una procedura medica? Monitorare la frequenza respiratoria dei bovini e dei loro vitelli in un allevamento?
Un team della North Carolina State University ha utilizzato materiali già presenti nel mercato per creare quello che dicono sia “il più avanzato sistema di sensori iniettabili multimodali e minimamente invasivo per gli animali per monitorare in modalità wireless molti dei loro indicatori fisiologici e modelli di attività”. Il progetto ha fornito la misurazione in tempo reale della frequenza cardiaca, della frequenza respiratoria, del movimento e della temperatura, insieme alla capacità di monitorare la pressione sanguigna e la saturazione di ossigeno nel lavoro futuro. “I ricercatori utilizzano dispositivi impiantabili già disponibili per tracciare gli animali negli studi, ma sono scomodi: è necessario mettere l’animale sotto anestesia ed eseguire un intervento chirurgico per impiantare questo dispositivo più grande”, afferma Alper Bozkurt, codirettore del Centro per la ricerca scientifica della National Science Foundation.
“Abbiamo chiesto, perché non utilizzare un processo molto più semplice ed economico come l’impianto di microchip che viene eseguito in quasi tutte le cliniche veterinarie?” Bozkurt paragona l’oggetto iniettabile a uno smartwatch che noi stessi indossiamo per monitorare l’attività e le statistiche vitali di base. “C’è un sacco di piccola elettronica dietro quel quadrante di vetro; ne abbiamo preso gran parte e l’abbiamo messa dentro qualcosa di veramente piccolo. Bozkurt e i suoi colleghi Parvez Ahmmed e James Reynolds hanno creato il dispositivo utilizzando, in parte, un sistema su chip disponibile in commercio: il loro sistema di chip iniettabili comprende più sensori fisiologici, circuiti front-end, un microcontrollore con un sistema radio wireless per inviare misurazioni, funzionalità Bluetooth a basso consumo energetico e una batteria ricaricabile.
I sensori sfruttano diverse modalità: un sensore elettrocardiografico misura la frequenza cardiaca; un’unità di misurazione inerziale tiene traccia del movimento e della frequenza respiratoria; la termometria mostra la temperatura. Inoltre, i ricercatori intendono dimostrare in futuro il monitoraggio della pressione sanguigna e della saturazione di ossigeno attraverso un sensore “fotopletismografico” a lunghezze d’onda multiple che fa già parte del sistema. Il tutto, inserendo questo di chip in una capsula di resina epossidica biomedica e un polimero sintetico biocompatibile per l’isolamento affinché il dispositivo potesse essere stata e riutilizzato. “Diciamo che lo usiamo con un animale e un mese o due dopo sciogliere lo strato polimerico esterno, ricaricare la batteria e incapsularla nuovamente per produrre un altro impianto”, afferma Ahmmed.
Inoltre, è stata aggiunta resina epossidica elettricamente conduttiva sulla punta per fungere da elettrodi.
Il microchip può inviare dati dai sensori a un ricevitore remoto entro 3 metri e la batteria può durare da due a tre mesi tra una ricarica e l’altra. Guardando al futuro, il team dichiara che sarà necessario ridurre ancora di più le dimensioni del sistema iniettabile, dalla dimensione dell’ago di calibro 6 (circa 4 millimetri) a quella degli aghi di calibro 12 o 15 (1,4–2,2 mm), affermando che sarà necessario sperimentare anche elettrodi realizzati con la stampa 3D e, magari, utilizzando nuovi processi di stampa a base ceramica.
Reynolds, che proviene da una lunga stirpe di allevatori, ha fatto notare che il dispositivo iniettabile può avere diverse applicazioni agricole: un forte aumento della frequenza cardiaca potrebbe avvisare un allevatore della presenza di un animale da allevamento che soffre, ad esempio, di un osso fratturato, mentre altri segni vitali potrebbero aiutare fermare una malattia tra gli animali della mandria prima che si diffonda. I ricercatori veterinari potrebbero anche utilizzarlo per monitorare le specie in via di estinzione, sulle quali non possono eseguire un intervento chirurgico per impiantare un grande localizzatore, osserva.
“Anche gli animali da lavoro e gli animali domestici potrebbero trarne vantaggio”, afferma Jane Russenberger, cofondatrice dell’International Working Dog Registry, un registro online in cui i proprietari di cani da lavoro possono aggiungere, modificare e visualizzare i dati archiviati elettronicamente. I dati del dispositivo “potrebbero essere analizzati per aiutare a prevedere la probabilità di successo del cane in un particolare tipo di lavoro o collocamento con un particolare tipo di conduttore”, afferma Russenberger. “Gli esempi”, aggiunge, “includono gli animali domestici valutati per l’adozione, gli animali offerti in vendita per le agenzie governative per l’utilizzo nel lavoro di rilevamento e il test dell’impatto di corsi di formazione, socializzazione e altre attività di arricchimento per gli animali domestici”.
“Non posso condividere i nomi, ma posso dire che abbiamo diverse aziende interessate”, afferma Bozkurt. “Ci sono così tante applicazioni con vari utenti finali, e gli scienziati che studiano il mondo animale, in particolare, ci dicono: ne vogliamo subito”.
