Oltre ai dispositivi indossabili e impiantabili, si studiano le potenzialità offerte dai dispositivi ingeribili, per la medicina di precisione, ma anche per la sicurezza alimentare, come soluzioni di pronto soccorso o persino come cibo di emergenza.

L’elettronica commestibile è una promettente branca scientifica su cui da tempo è attiva la ricerca. Comprende una serie di strumenti, che vanno dalle pillole intelligenti ai robot edibili, e registra costanti progressi che prefigurano nuove opportunità di diagnosi e di cura. Essa va ben oltre i wearable device o i dispositivi impiantabili, come i pacemaker cardiaci o gli impianti retinici, già in uso da decenni.

Gli scienziati stanno lavorando per rendere possibile e mirato l’impiego di piccoli dispositivi elettronici ingeribili, mossi dall’interesse per le possibilità offerte da queste soluzioni tecnologiche. Si spazia dalla diagnosi non invasiva di disturbi gastrointestinali alla capacità di monitorare parametri vitali, fino alla possibilità di creare medicinali su misura per il singolo paziente o, addirittura, di inventare cibi salvavita attraverso la realizzazione di robot commestibili.

Sul comparto dell’elettronica commestibile si registra una crescita di interesse e di valore del mercato generato: il solo mercato globale delle pillole intelligenti, valutato a 1,79 miliardi di dollari nel 2023 si prevede che raggiungerà i 4,78 miliardi di dollari entro il 2032 [fonte: Polaris Market Research].

Ma stime e cifre non bastano a far comprendere le opportunità dischiuse dai dispositivi ingeribili, davvero ampie e su cui si basa una parte della medicina del prossimo futuro.


Elettronica e digitalizzazione fanno parte integrante della medicina 4.0, per fornire strumenti e soluzioni atte a diagnosi e a cure più mirate e meno invasive. A questo proposito, i dispositivi elettronici commestibili sono da tempo al centro dell’interesse della ricerca.
L’elettronica edibile ha radici che affondano nella seconda metà del Novecento. Oggi è al centro di ricerche per le possibilità che offre in telemedicina, ma anche per la sicurezza alimentare, sotto forma di strumenti anticontraffazione.
Gli elementi di attenzione su cui ci si focalizza sono legati alla incolumità dei pazienti che si sono sottoposti alle prove: finora, i test hanno dato lusinghieri riscontri per la sicurezza umana. Inoltre, il grado di precisione dei dispositivi è sempre più elevato.

Elettronica commestibile, una storia nata oltre 70 anni fa

La storia dell’elettronica commestibile ha le sue origini negli anni Cinquanta del XX secolo, quando fu introdotta per la prima volta con studi clinici che supportavano la capacità di valutare pH, temperatura e pressione.

R. Stuart Mackay, all’epoca docente di fisica e biofisica presso il Medical Center dell’Università della California, e Bertil Jacobson, professore di ingegneria medica al Karolinska Institute, realizzarono, nel 1957, un «dispositivo in grado di inviare informazioni sulle condizioni interne di una persona vivente», come descrissero nell’articolo “Endoradiosonde”, pubblicato su Nature: si trattava di una piccola capsula ingoiabile contenente il trasduttore di rilevamento e il trasmettitore radio.

Ulteriori sviluppi negli anni Ottanta e Novanta hanno portato ai primi sensori ingeribili per la valutazione della temperatura, presto seguiti dal sistema endoscopico a capsula video.

Nel tempo, i dispositivi elettronici ingeribili hanno continuato ad essere sviluppati (la prima applicazione approvata dalla Food and Drug Administration è del 2001 – Fonte: FDA) e oggi sono un’area di ricerca molto attiva e in grado di perfezionarsi di anno in anno.

Pillole wireless e intelligenza artificiale: una combinazione di grande interesse

Negli ultimi anni, i progressi nel campo dell’elettronica commestibile sono stati incoraggianti. Una delle più recenti ricerche riguarda la messa a punto di una pillola smart.

Essa è dotata di sensori intelligenti in grado di rilevare i gas intestinali, ed è anche in grado di fornire il rilevamento della posizione in tempo reale. Sviluppata dal Khan Lab, questa capsula è progettata su misura per identificare i gas associati alla gastrite e al cancro allo stomaco.

Il team di ricercatori del Khan Lab e dell’Institute for Technology and Medical Systems Innovation (entrambi parte dell’University of Southern California) hanno realizzato il dispositivo posizionando una bobina indossabile che genera un campo magnetico su una maglietta. Questo campo, abbinato a una rete neurale addestrata, consente al team di localizzare la capsula all’interno del corpo.

La capsula è dotata di componenti elettronici per tracciare la posizione: comprende un sensore optoelettronico per i gas, un sensore magnetico per la localizzazione, elettronica di controllo, tutti integrati in un unico circuito stampato e incapsulati in un guscio in resina biocompatibile, stampata in 3D.

Inoltre, ha una speciale membrana per il rilevamento ottico selettivo dei gas, composta da materiali i cui elettroni cambiano il loro comportamento in presenza di gas di ammoniaca. La presenza di questo gas è un indicatore significativo della presenza dell’Helicobacter pylori, un batterio intestinale considerato un importante fattore per comprendere l’insorgenza del carcinoma gastrico, dell’ulcera peptica o della sindrome dell’intestino irritabile.

Gli scienziati hanno sviluppato un sistema basato sull’intelligenza artificiale per individuare minuscoli dispositivi che monitorano i marcatori di malattie nell’intestino. Il sistema AI analizza i segnali ricevuti dalla pillola, individuando la posizione del dispositivo nell’intestino nel raggio di pochi millimetri.

Elettronica commestibile, i dispositivi salvavita

La finalità medica dell’elettronica commestibile è certamente la più importante: infatti, vi sono molteplici casi d’uso in cui il dispositivo ingoiabile può assumere un’importanza vitale. 

Uno scienziato italiano, Giovanni Traverso, professore associato di ingegneria meccanica al Massachussets Institute of Technology e gastroenterologo al Brigham and Women’s Hospital, insieme ad altri scienziati del MIT e della West Virginia University, ha studiato e realizzato un dispositivo ingeribile in grado di parametrare alcuni segni vitali, come la frequenza respiratoria e cardiaca.

Si tratta di un dispositivo wireless, delle dimensioni di una capsula, provvisto di circuiti integrati e sensori elettronici per misurazioni all’interno del tratto gastrointestinale. Il sistema completo è composto, oltre che dalla pillola, da un ricevitore, un computer portatile e un magnete.

La tecnologia messa a punto dal team consente di monitorare pazienti sofferenti di apnea ostruttiva del sonno: in Europa ne soffrono, in forma grave, 90 milioni di persone (Fonte: European Respiratory Journal, 2018).

La diagnosi di disturbi del sonno come l’apnea notturna di solito richiede che il paziente trascorra la notte in un laboratorio del sonno, collegato a una varietà di sensori e monitor. La capsula tecnologica potrebbe permettere di rendere molto meno invasivo e impattante sulla vita del paziente il processo diagnostico. I test finora effettuati su alcuni pazienti hanno dimostrato che la tecnologia è precisa e sicura, non avendo avuto effetti collaterali sulla salute dei soggetti che hanno sperimentato il dispositivo.

Un ambito su cui si sta focalizzando la ricerca del team MIT e della West Virginia University è la possibilità di impiego della capsula per evitare overdose da oppioidi, che dal 1999 ha causato la morte di oltre 600mila persone negli Stati Uniti e in Canada. Si stima che si verificheranno altri 1,2 milioni di morti a causa di overdose entro il 2029 [fonte: The Lancet].

Proprio per ridurre questo grave problema, è stata istituita la Stanford – Lancet Commission, che ha richiesto alla ricerca di sviluppare un sistema in grado di somministrare autonomamente un antagonista degli oppioidi quando viene rilevata la depressione respiratoria indotta da tali sostanze stupefacenti. Come hanno spiegato gli scienziati nell’articolo “First-in-human trial of an ingestible vitals-monitoring pill”, un aspetto considerevole quando avviene un’overdose da oppioidi è che, nel 63% dei casi, essa si verifica quando il soggetto è da solo.

In futuro, Traverso e gli altri scienziati contano di lavorare per incorporare nel dispositivo un farmaco anti-overdose, in modo che venga attivato il suo rilascio quando i parametri denotano il principio della depressione respiratoria. Inoltre, stanno perfezionando strategie per allungare il tempo di stazionamento delle capsule nello stomaco.

Dispositivi ingeribili e digeribili: un progetto a firma italiana

La ricerca sull’elettronica commestibile vede protagonista anche l’Italia in due progetti: ELFO e RoboFood. In entrambi i casi, è coinvolto attivamente l’Istituto Italiano di Tecnologia.

Il primo progetto (il cui nome è la sintesi di Electronic Food), che terminerà nel 2025, vede IIT come unico soggetto e intende realizzare circuiti e sensori che, una volta terminata la loro attività, possono decomporsi all’interno dell’organismo, «digeriti o addirittura metabolizzati», spiegano gli autori della ricerca sul sito ufficiale del progetto. In esso si spiega perché sia necessario creare una gamma di soluzioni tecnologiche capaci di tracciare la filiera alimentare e monitorare il benessere del tratto gastrointestinale. ELFO intende fornire «le basi di una nuova tecnologia abilitante per i sistemi elettronici commestibili».

I dispositivi che compongono la piattaforma tecnologica consentiranno di effettuare prevenzione, diagnosi e terapia delle malattie gastrointestinali, ma anche di essere strumenti attivi contro la contraffazione alimentare, un fenomeno che altera o falsifica prodotti, nuocendo non solo alla salute, ma anche all’economia.

Coordinatore del team di ricerca è Mario Caironi, coordinatore del Printed and Molecular Electronics Laboratory dell’IIT, che ha realizzato la prima batteria commestibile ricaricabile, citata tra le Best Inventions of 2023 della rivista Time, presentata come tecnologia in grado di cambiare il modo in cui viviamo. Per mettere a punto la batteria, sono stati impiegati sostanze naturali: la riboflavina (vitamina B2, presente ad esempio nelle mandorle) come anodo, per il catodo la quercetina, flavonoide presente nelle mele, per esempio.

Per aumentare la conduttività elettrica, i ricercatori hanno utilizzato carbone attivo e alga nori per evitare cortocircuiti. Gli elettrodi sono stati incapsulati in cera d’api. La batteria edibile può essere impiegata per monitorare le condizioni di salute o per verificare le condizioni di conservazione degli alimenti.

Robot edibili: un’idea firmata da IIT e una soluzione USA per la telemedicina

La batteria è pensata come potenziale componente di futuri robot edibili, una promettente branca dell’elettronica commestibile.

Sul tema è stato avviato un progetto che ha una forte matrice italiana, considerando gli autori coinvolti: Dario Floreano, direttore del Laboratorio di sistemi intelligenti dell’EPFL è primo autore dell’articolo, nonché coordinatore di RoboFood, progetto quadriennale che si concluderà nel 2025.

L’obiettivo è studiare quali ingredienti commestibili possono essere utilizzati per realizzare componenti e assemblarli in robot da mangiare. Del team di ricerca fa parte il già citato Caironi, insieme a Remko Boom dell’Università olandese di Wageningen, e a Jonathan Rossiter, dell’Università inglese di Bristol.

Una delle sfide più ambiziose è, come hanno spiegato gli autori nell’articolo “Towards edible robots and robotic food”, pubblicato su Nature Review Materials:

«mettere insieme le parti che utilizzano l’elettricità per funzionare, come batterie e sensori, con quelle che utilizzano fluidi e pressione per muoversi, come gli attuatori»

Sono diverse le finalità per cui si vogliono creare robot commestibili: potrebbero nascere come cibi salvavita in situazioni di emergenza, ma potrebbero anche facilitare la deglutizione nei pazienti con disturbi neurologici. Inoltre, potrebbero creare interazioni oggi impensabili con esseri umani e animali per raggiungere obiettivi dietetici o per influenzare le abitudini alimentari.

Nel frattempo, negli Stati Uniti, la startup Endiatx (varata nel 2019) ha realizzato una capsula robotica ingeribile motorizzata, denominata PillBot, dotata di telecamere, sensori e capacità di comunicazione wireless, che consente ai medici di esaminare il tratto gastrointestinale con una precisione molto elevata.

Essa ambisce ad essere una soluzione alternativa all’endoscopia tradizionale, consentendo ai medici di svolgere la visita endoscopica all’interno dello stomaco in telemedicina.

PillBot utilizza propulsori a pompa (simile a quelli impiegati nella nautica) per muoversi come un drone. Il medico, da remoto, la guida nello stomaco del paziente utilizzando un’app. Una volta terminata la sua azione, si spegne e viene espulsa 6-24 ore dopo.

L’attuale prototipo misura 13 x 30 mm e oggi è in grado di trasmettere video ad alta risoluzione a 2,3 megapixel al secondo. L’obiettivo è ottenere l’approvazione della Food and Drug Administration e di prevederne il lancio commerciale negli Stati Uniti entro il 2026.

Glimpses of Futures

Come abbiamo illustrato, i progetti di ricerca stanno prefigurando diverse possibilità di impiego delle soluzioni di elettronica commestibile, per vari utilizzi.

Col fine di anticipare possibili scenari futuri, cerchiamo – attraverso la matrice STEPS – di dare una visione sugli impatti che questo tipo di soluzioni potrebbe avere sotto il profilo sociale, tecnologico, economico, politico e della sostenibilità.

S – SOCIAL: la possibilità di svolgere diagnosi meno invasive e con un grado di precisione più elevata è una finalità su cui la ricerca medico scientifica si sta concentrando per sviluppare dispositivi elettronici commestibili. L’ambito su cui c’è particolare interesse è quello della diagnosi del tumore allo stomaco, che solo in Italia viene diagnosticato a quasi 15mila persone [fonte: Fondazione AIRC per la ricerca sul cancro].

T – TECNOLOGICAL: la possibilità di sviluppare soluzioni digitalizzate in medicina trova nei dispositivi elettronici inghiottibili un’ulteriore possibilità di sviluppo della Medicina 4.0, che integra tecnologie digitali, analisi dei dati, tecniche e sistemi di intelligenza artificiale nell’assistenza sanitaria. Si fa sempre più strada l’Internet of Medical Things, che si concretizza in dispositivi e applicazioni mediche connesse, collegate ai sistemi informatici sanitari attraverso reti informatiche online.

E – ECONOMIC: i dispositivi elettronici commestibili per la telemedicina e la diagnostica prefigurano un importante ripercussione sulle possibilità di cura, che possono comportare significativi impatti anche economici, riducendo i costi sanitari grazie alla possibilità di diagnosi precoci e di cure mediche personalizzate e mirate. Già negli ultimi anni, i casi di tumore allo stomaco sono registrati in diminuzione, anche grazie ai miglioramenti della diagnosi e del rilevamento del batterio Helicobacter Pylori, ricorda la Fondazione AIRC. L’opportunità fornita dai robot edibili nel combattere la contraffazione alimentare è significativa. Solo considerando il settore alimentare italiano, il falso cibo made in Italy ha un giro d’affari di 120 miliardi di euro  [fonte: Coldiretti, 2023].

P – POLITICAL: i dispositivi elettronici commestibili hanno ricevuto le prime approvazioni da parte della Food and Drug Administration statunitense già nel 2001, con una videocamera ingeribile dalle finalità diagnostiche, e nel 2015 col primo micro sensore a circuito integrato, sviluppato per l’ingestione quotidiana da parte dei pazienti, come ricordano gli autori dell’articolo “Edible Electronics: The Vision and the Challenge”, pubblicato su Advanced Materials Technologies. Gli stessi segnalano che, in Europa, l’Autorità Europea per la Sicurezza Alimentare (EFSA) e l’Agenzia Europea per i Medicinali (EMA) hanno fissato un limite di dose giornaliera (ADI) accettabile, che non deve essere superato per le sostanze che hanno presentato effetti collaterali in caso di somministrazioni croniche e/o abbondanti. «L’ADI diventa una variabile fondamentale nella progettazione dei sistemi elettronici commestibili».

S – SUSTAINABILITY: nella realizzazione dei dispositivi elettronici commestibili, la sostenibilità è un parametro essenziale in termini di impatto sulla salute dei pazienti e sull’ambiente, anche per la sicurezza alimentare, per questo si studino soluzioni in grado di non avere effetti collaterali, puntando su materiali naturali e totalmente biocompatibili. L’elettronica commestibile intende integrare materiali di qualità alimentare in sistemi più complessi come i robot, contribuendo così a ridurre l’accumulo di rifiuti elettronici. «Oltre alla sostenibilità, alla biocompatibilità e alla biodegradabilità, l’impiego di materiali per uso alimentare nell’elettronica presenta vantaggi rappresentati da minimi livelli di tossicità, soprattutto in caso di ingestione», scrivono gli scienziati italiani dell’IIT, autori dell’articolo “Edible Electronics and Robofood: A Move Towards Sensors for Edible Robots and Robotic Food”.

Scritto da:

Andrea Ballocchi

Giornalista Leggi articoli Guarda il profilo Linkedin