Microrrobot impulsado por luz navega por líquidos viscosos de forma autónoma

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Investigadores de la Universidad de Tampere en Finlandia y la Universidad Anhui Jianzhu en China han logrado un avance significativo en robótica blanda.

Su estudio presenta el primer microrrobot toroidal impulsado por luz que puede moverse de forma autónoma en líquidos viscosos, como la mucosidad.

Esta innovación marca un gran paso adelante en el desarrollo de microrrobots capaces de navegar en entornos complejos, con aplicaciones prometedoras en campos como la medicina y la vigilancia medioambiental.

Un vistazo a través de un microscopio óptico revela un universo oculto repleto de vida.

La naturaleza ha ideado métodos ingeniosos para que los microorganismos naveguen en sus entornos viscosos: por ejemplo, la bacteria E. coli emplea movimientos de sacacorchos, los cilios se mueven en ondas coordinadas y los flagelos dependen de un latido similar al de un látigo para impulsarse hacia adelante.

Sin embargo, nadar a microescala es similar a que un humano intente nadar a través de la miel, debido a las abrumadoras fuerzas viscosas.

Inspirados por la naturaleza, los científicos especializados en tecnologías microrrobóticas de vanguardia están ahora tras la pista de una solución.

En el centro de la investigación pionera de la Universidad de Tampere se encuentra un material sintético conocido como elastómero cristalino líquido.

Este elastómero reacciona a estímulos como láseres.

Cuando se calienta, gira por sí solo debido a un modo especial de energía elástica cero (ZEEM), causado por la interacción de fuerzas estáticas y dinámicas.

Según Zixuan Deng, investigador de doctorado en la Universidad de Tampere y primer autor del estudio, este descubrimiento no solo representa un avance significativo en robótica blanda, sino que también allana el camino para el desarrollo de microrrobots capaces de navegar en entornos complejos.

“Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá de la robótica, y podrían afectar a campos como la medicina y la monitorización medioambiental.

Por ejemplo, esta innovación podría utilizarse para el transporte de fármacos a través de la mucosidad fisiológica y para desbloquear los vasos sanguíneos tras la miniaturización del dispositivo“, afirma.

Durante décadas, los científicos han estado fascinados por los desafíos únicos de nadar a microescala, un concepto introducido por el físico Edward Purcell en 1977.

Fue el primero en imaginar la topología toroidal (una forma de rosquilla) por su potencial para mejorar la navegación de organismos microscópicos en entornos donde las fuerzas viscosas son dominantes y las fuerzas de inercia son insignificantes.

Esto se conoce como el régimen de Stokes o el límite bajo del número de Reynolds.

Aunque parecía prometedor, no se había demostrado ningún nadador toroidal de ese tipo.

Ahora, un avance en el diseño toroidal ha simplificado el control de los robots nadadores, eliminando la necesidad de arquitecturas complejas.

Al usar un solo haz de luz para activar el movimiento no recíproco, estos robots aprovechan ZEEM para determinar de forma autónoma sus movimientos.

“Nuestra innovación permite la natación libre tridimensional en el régimen de Stokes y abre nuevas posibilidades para explorar espacios confinados, como los entornos microfluídicos.

Además, estos robots toroidales pueden cambiar entre los modos de rodadura y autopropulsión para adaptarse a su entorno“, agrega Deng.

Deng cree que las investigaciones futuras explorarán las interacciones y la dinámica colectiva de múltiples toros, lo que potencialmente conducirá a nuevos métodos de comunicación entre estos microrrobots inteligentes.

Fuente: Nature materials