Investigadores de la Universidad Johannes Kepler, inspirados en la capacidad de animales como guepardos, conejos o cucarachas de utilizar su locomoción de alta velocidad como una de sus principales estrategias de supervivencia, han creado una serie de robots electromagnéticos blandos (SEMR, por sus siglas en inglés) ultrarrápidos y robustos, capaces de caminar, correr, saltar, nadar e incluso transportar y liberar cargas.

Además, estos pequeños robots, que miden de un micrómetro a un centímetro, pueden ser muy útiles en una amplia gama de campos. De acuerdo con los investigadores, la robótica emergente y la interacción entre seres humanos y robots “requieren diseños blandos, seguros, rápidos y robustos, capaces de funcionar en entornos duros y dinámicos”. En este sentido, la prevención o el tratamiento de enfermedades relacionadas con el tracto gastrointestinal promueve el desarrollo de minirrobots blandos para su utilización en la administración de fármacos o la cirugía no invasiva.

La velocidad de carrera de los robots estando ‘atados’, es decir, conectados a un fuente de alimentación, puede alcanzar los 70 BL/s (longitud corporal por segundo), frente a los 20 a 30 BL/s del guepardo. Sin embargo, cuando el robot no está conectado a una fuente de alimentación, sino que se carga mediante un controlador miniaturizado autoalimentable, solo podría alcanzar 2,1 BL/s. En cuanto a la natación su velocidad es de 4,8 BL/s atado y de 1,8 BL/s sin ataduras.

Los robots han sido también sometidos a varias pruebas de durabilidad en las que fueron aplastados por una fuerza 1.764 veces superior a su peso corporal mientras caminaban. Según los resultados de las pruebas, su rendimiento se mantiene constante antes y después del impacto. Los científicos destacan que la alta durabilidad mejora la capacidad de supervivencia de los robots en entornos difíciles. Los SEMR también pueden saltar obstáculos de hasta 4 milímetros de altura, lo que equivale a dos tercios de su altura. Esto es importante ya que, como señalan los investigadores, superar obstáculos sigue siendo un reto para la mayoría de los robots pequeños, informó RT.

El dispositivo eléctrico es alimentado por una fuente portátil que provee la energía necesaria para operar una serie de miniválvulas electrohidráulicas, a través de las cuales es posible controlar la velocidad y fuerza de la contracción muscular. A pesar de que únicamente se han incorporado la mitad de los músculos sintéticos al mecanismo, este ha mostrado una alto potencial biomimético, así como una gran fuerza, la cual le permite levantar fácilmente una mancuerna de 7 kilogramos de peso con una flexión de muñeca.

Según señalan los creadores, una vez la extremidad sea completada podrá mover los dedos y la muñeca en una trayectoria horizontal. Del mismo modo, esperan que el próximo prototipo cuente con el ‘software’ que controla los sensores de posición instalados en cada una de las articulaciones. “Queremos desarrollar una plataforma con fines de aprendizaje por refuerzo, brazos protésicos y, en última instancia, un robot humanoide completo que sirva a la gente para divertirse, como mayordomo, limpiador, chófer, trabajador de la construcción, e incluso conseguir la inmortalidad humana trasplantando un cerebro a una máquina”, apuntó Automaton Robotics.

En su estudio, los investigadores se inspiraron en el modo en que árboles tales como los arces dispersan sus semillas, utilizando poco más que una fuerte brisa, para desarrollar una serie de diminutos microchips voladores, apenas un poco más grandes que un grano de arena. Sus creadores dicen que estos chips pueden ser equipados con tecnología “ultraminiaturizada”, incluidos sensores, fuentes de energía, antenas para comunicación inalámbrica e incluso memoria integrada para almacenamiento de datos.

Kenalkan Microflier, Robot Terbang Seukuran Debu yang Bisa Terurai di Alam

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— SINDOnews (@SINDOnews) September 23, 2021

“Nuestro objetivo es añadir la capacidad de volar a los sistemas electrónicos a pequeña escala, con la idea de que esto nos permita distribuir dispositivos electrónicos miniaturizados altamente funcionales para detectar el entorno, con el fin de monitorear la contaminación, vigilar a la población o realizar el seguimiento de enfermedades”, explicó John A. Rogers, quien dirigió el desarrollo del nuevo dispositivo. Estas estructuras pueden caer en masa de forma lenta y controlada e interactuar con los patrones de viento durante el periodo de tiempo más largo posible, y así maximizar la recopilación de datos relevantes.

El equipo trabaja ahora en minimizar el impacto ambiental por medio del desarrollo de métodos de recuperación y eliminación. Para ello, los dispositivos deben estar construidos con materiales que se reabsorban de manera natural en el ambiente, a través de una reacción química o una desintegración física que sea inofensiva para la naturaleza. El estudio fue publicado este miércoles en la revista ‘Nature’.

“No son un robot tradicional, ni una especie conocida de animales. Es una nueva clase de artefactos: un organismo vivo y programable”, afirma este científico. Estas nuevas criaturas fueron diseñadas en una supercomputadora por Bongard y su colega Sam Kriegman, en la Universidad de Vermont, y luego ensambladas y probadas por los biólogos Douglas Blackiston y Michael Levin en la Universidad de Tufts.

Los resultados de esta nueva investigación —que por primera vez “diseña máquinas completamente biológicas desde cero”— fueron publicados este 13 de enero en la revista especializada ‘PNAS’.

Estos xenobots de un milímetro de ancho, capaces de moverse hacia un objetivo y de curarse a sí mismos después de ser cortados, podrían trasladar una carga útil, como por ejemplo un fármaco que deba llevarse a un lugar específico dentro de un paciente. “Podemos imaginar para estos robots vivos muchas aplicaciones útiles que otras máquinas no pueden hacer”, afirma otro autor de la investigación, Michael Levin, jefe del Centro de Biología Regenerativa y del Desarrollo en Tufts. Entre ellas, buscar partículas contaminadas con radiación, recolectar microplástico en los océanos, viajar por las arterias y limpiarlas.

“Es un paso hacia el uso de organismos diseñados por computadora para la entrega inteligente de medicamentos”, añade Bongard. Durante meses de procesamiento en el clúster de supercomputadoras Deep Green, en la Universidad de Vermont, los informáticos utilizaron un algoritmo evolutivo para crear miles de posibles diseños para estas nuevas formas de vida. La computadora estuvo ensamblando cientos de células simuladas en innumerables formas y resultados corporales, intentando lograr la tarea asignada por los científicos: la locomoción en una dirección. Se seleccionaron los diseños más prometedores para la prueba.

Luego, el equipo de Tufts transfirió los diseños a formas vivas. Primero recolectaron células madre de los embriones de ranas africanas, de la especie ‘Xenopus laevis’ (de ahí el nombre de xenobots). Las separaron en células individuales y las dejaron incubar. Luego, usando unas pinzas y un electrodo diminutos, las células fueron cortadas y unidas bajo un microscopio, en una aproximación cercana a los diseños elaborados por la computadora. Una vez ensambladas, las células comenzaron a trabajar juntas. Se utilizaron dos tipos de células de rana: de la piel, que formaron una arquitectura más pasiva, y del músculo cardíaco, que experimentaron las contracciones. Gracias a estas últimas, se creó un movimiento ordenado hacia adelante, según lo guiado por el diseño de la computadora, que permite que los robots se muevan por sí mismos.

Se demostró que los xenobots pueden moverse de manera coherente y explorar un entorno acuoso durante días o semanas, impulsados por depósitos de energía embrionaria. Pruebas posteriores demostraron que los grupos de estas ‘máquinas vivas’ se movían en círculos, empujando los gránulos hacia una ubicación central. Algunos de los xenobots fueron construidos con un agujero en el centro para reducir la resistencia. En versiones simuladas de estos, los científicos pudieron utilizar ese agujero como ‘depósito’ para transportar con éxito una sustancia u objeto.