Un robot del MIT nada con células musculares activadas por luz
CIENCIA DE LOS MATERIALES / ROBÓTICA.
Una fina capa de células musculares genéticamente modificadas impulsa un robot de apenas medio milímetro de grosor a través de un laberinto acuático.
Los ingenieros del MIT desarrollaron un robot blando que puede aletear a través del agua en respuesta a destellos de luz. / Créditos: Melanie Gonick, MIT.
Un robot del MIT puede aletear a través del agua en respuesta a destellos de luz: cada aleta está cubierta por una capa de células musculares vivas mucho más delgada que una sola hebra de cabello humano. Las células están diseñadas genéticamente para contraerse en respuesta a la luz.
Especialistas del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, han desarrollado un robot blando y bidimensional que se desplaza por el agua gracias a tejido muscular vivo. Su movimiento se activa con destellos de luz y cada una de sus dos aletas funciona como un músculo independiente. El prototipo, presentado en un estudio que aparece en la revista Advanced Functional Materials, abre una vía para fabricar robots biohíbridos más pequeños, ligeros y eficientes.
La importancia de usar el material perfecto.
El concepto se basó en hallar el material adecuado para sostener las células: el esqueleto del robot está hecho de una fina película de hidrogel de GelMA, con aproximadamente medio milímetro de grosor. Sobre sus dos caras se graban surcos de fondo cuadrado en los que se organizan células musculares esqueléticas cultivadas en laboratorio. La capa celular es mucho más fina que un cabello, de acuerdo a una nota de prensa.
Las células han sido modificadas genéticamente para responder a la luz: cuando los investigadores iluminan una de las aletas, el músculo se contrae y hace que esa parte del dispositivo aletee. Al alternar los destellos entre una aleta y otra, el equipo puede modificar la dirección y la velocidad del robot. Con ambas aletas iluminadas, las dos capas musculares se activan a la vez.
Un robot biohíbrido que puede desplazarse por el agua.
El resultado es un sistema de propulsión biológica integrado en una estructura flexible, sin necesidad de incorporar un motor convencional. En una demostración, el pequeño robot fue sumergido en una placa de Petri y guiado por un laberinto acuático mediante una fuente de luz que los investigadores desplazaban manualmente. El dispositivo seguía el estímulo, girando y avanzando a medida que las aletas respondían.
Su velocidad sigue siendo modesta: en su mejor registro, el robot recorre alrededor de cuatro veces su propia longitud en un minuto. Comparado con un nadador olímpico, capaz de cubrir hasta unas 65 longitudes corporales por minuto, es extremadamente lento.
Pero la comparación relevante para los investigadores no es solo la rapidez: mover un cuerpo a través del agua requiere más fuerza que desplazarse por el aire, y el prototipo consigue generar una cantidad considerable de empuje para su diminuto tamaño.
Una monocapa muscular capaz de impulsar a un dispositivo robótico.
La evolución respecto a anteriores robots biohíbridos está en haber reducido drásticamente el volumen de tejido necesario. Estos sistemas suelen emplear estructuras tridimensionales de músculo cultivado que requieren millones de células. El estudio del MIT demuestra, en cambio, que una monocapa muscular organizada sobre un soporte bidimensional puede producir fuerzas de escala miliNewton y desplazamientos del orden de milímetros.
Además, los investigadores elevaron la longevidad de estos actuadores desde menos de diez minutos en diseños anteriores hasta más de 30 días, una mejora de unas 4.500 veces. La clave está en la arquitectura del soporte: en trabajos previos, el equipo científico había cultivado músculo sobre fibrina, un gel demasiado blando que podía encogerse cuando las células ejercían fuerza.
Para esta nueva versión, probaron distintas composiciones y niveles de rigidez del hidrogel, además de variar la geometría de los surcos. Las células mostraron una mejor alineación en canales de sección más cuadrada que en los diseños curvos. Esa alineación favorece que se fusionen en fibras capaces de contraerse de manera más coordinada y potente.
Video: el prototipo demuestra que una sola capa de músculo puede generar la fuerza necesaria para mover un pequeño robot por el agua. Crédito: MIT / YouTube.
Células entrenadas.
Antes de incorporarlas al robot, las células también fueron “entrenadas” mediante rutinas de destellos luminosos para reforzar su capacidad de contracción. El resultado es una plataforma que combina materiales blandos, ingeniería de tejidos y robótica a escala reducida.
Para los autores, las aplicaciones más interesantes todavía pertenecen al futuro. Un robot así podría llegar a emplearse en tareas delicadas dentro de entornos acuáticos donde un dispositivo rígido o voluminoso resultara poco adecuado, incluido el seguimiento ambiental. La ventaja potencial del tejido vivo es que aporta flexibilidad, capacidad de respuesta al entorno y, en determinadas condiciones, posibilidad de autorreparación.
Por: Pablo Javier Piacente / T21.
Sitio Fuente: Levante / Tendencias21