Un universo microscópico oculto nos rodea, donde bacterias, cilios y flagelos han evolucionado para superar las restricciones de los entornos viscosos. Inspirados en estos organismos, científicos especializados en robótica han estado trabajando en la creación de «nadadores» artificiales que puedan moverse en medios complejos y pegajosos, como el moco.
Investigadores de la Universidad de Tampere, en Finlandia, y de la Universidad Anhui Jianzhu, en China, han diseñado el primer microrobot toroidal impulsado por luz capaz de moverse de manera autónoma en líquidos viscosos. Este suave robot representa un importante paso adelante en la robótica a microescala.
A nivel microscópico, nadar es extremadamente complicado debido a las intensas fuerzas viscosas que actúan en estos ambientes. Imagina tratar de nadar a través de miel espesa, donde cada movimiento es resistido de manera considerable. Los microorganismos, como la bacteria E. coli, han desarrollado mecanismos ingeniosos para moverse en estos entornos difíciles. Por ejemplo, las bacterias usan movimientos en espiral, los cilios se desplazan en ondas sincronizadas y los flagelos emplean un latigazo para avanzar.
Pero, ¿cómo logran estos microrrobots toroidales superar este desafío? El robot recién desarrollado utiliza un material sintético especial llamado elastómero cristalino líquido, que responde a estímulos externos, como el láser. Cuando se calienta, el material genera un movimiento de rotación autónoma gracias a un mecanismo conocido como modo de energía elástica cero (ZEEM, por sus siglas en inglés). Este fenómeno permite que el microrobot se desplace a través de la interacción entre fuerzas estáticas y dinámicas.
Las implicaciones de esta investigación van más allá de la robótica, con potencial para impactar en campos como la medicina y el monitoreo ambiental. Según Zixuan Deng, investigador doctoral en la Universidad de Tampere y autor principal del estudio, estos robots podrían utilizarse para el transporte de fármacos a través de mucosas fisiológicas o incluso para desbloquear vasos sanguíneos, una vez miniaturizados.
Este concepto de nadadores a microescala no es completamente nuevo. En 1977, el físico Edward Purcell propuso que una forma toroidal, similar a un donut, podría ser eficaz para moverse en entornos viscosos. No obstante, a pesar de las expectativas, no se había logrado fabricar un nadador toroidal funcional hasta ahora.
Una de las principales ventajas del desarrollo de estos microrrobots basados en el diseño toroidal es su simplicidad de control. A diferencia de otros robots más complejos, estos pequeños nadadores solo requieren un rayo de luz para moverse y utilizan el ZEEM para determinar la dirección a seguir. Esto ha permitido un control tridimensional del movimiento en el régimen de Stokes, lo que abre nuevas posibilidades para la exploración de espacios confinados, como los entornos microfluídicos.
Otra característica notable es la capacidad del robot para alternar entre modos de rodadura y autopropulsión, lo que le permite adaptarse mejor a las condiciones cambiantes de su entorno. Este avance no solo supone una mejora en la eficiencia de los robots micrométricos, sino que también plantea nuevas posibilidades para futuras investigaciones y aplicaciones.
El equipo de investigadores tiene previsto estudiar cómo estos microrrobots interactúan entre sí y cooperan en tareas conjuntas. Esto podría conducir al desarrollo de nuevos métodos de comunicación entre estos microrobots inteligentes, lo que allanaría el camino para sistemas más sofisticados y autónomos.
En otro avance reciente, se ha desarrollado un robot biohíbrido que imita los movimientos de organismos vivos. Según informes de Interesting Engineering, este robot cuenta con un “cerebro artificial” que permite un control inalámbrico preciso y navegación mediante la estimulación de neuronas específicas. Con este tipo de innovaciones, la robótica está cada vez más cerca de integrar las capacidades de los organismos biológicos en dispositivos artificiales.
