Demuestran por primera vez que los robots moleculares pueden trabajar cooperativamente en ‘enjambres’

Por primera vez a nivel mundial, científicos han demostrado que los robots moleculares pueden realizar la entrega de carga empleando una estrategia de enjambre, logrando una eficiencia de transporte cinco veces mayor que la de los robots individuales.

La robótica de enjambres es una nueva disciplina, inspirada en el comportamiento cooperativo de los organismos vivos, que se centra en la fabricación de robots y su utilización en enjambres para realizar tareas complejas.

Un enjambre es un comportamiento colectivo ordenado de múltiples individuos.

Los robots de enjambre a macroescala se han desarrollado y empleado para una variedad de aplicaciones, como el transporte y la acumulación de carga, la formación de formas y la construcción de estructuras complejas.

Un equipo de investigadores, dirigido por el Dr. Mousumi Akter y el profesor asociado Akira Kakugo de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Hokkaido, logró desarrollar las primeras máquinas de tamaño micro en funcionamiento del mundo que utilizan las ventajas del enjambre.

Un enjambre de robots cooperantes adquiere una serie de características que no se encuentran en los robots individuales: pueden dividir una carga de trabajo, responder a los riesgos e incluso crear estructuras complejas en respuesta a los cambios en el entorno.

Los microrrobots y las máquinas a escala micro y nano tienen muy pocas aplicaciones prácticas debido a su tamaño; si pudieran cooperar en enjambres, sus usos potenciales aumentarían enormemente.

El equipo construyó alrededor de cinco millones de máquinas moleculares individuales.

Estas máquinas estaban compuestas por dos componentes biológicos: microtúbulos ligados al ADN, que les permitía enjambrar; y la kinesina, que eran actuadores capaces de transportar los microtúbulos.

El ADN se combinó con un compuesto sensible a la luz llamado azobenceno que funcionó como un sensor, lo que permitió controlar el enjambre.

Cuando se expuso a la luz visible, los cambios en la estructura del azobenceno hicieron que el ADN formara cadenas dobles y condujo a que los microtúbulos formaran enjambres.

La exposición a la luz ultravioleta invirtió este proceso.

La carga utilizada en los experimentos consistía en perlas de poliestireno de diámetros que iban desde micrómetros hasta decenas de micrómetros.

Estas perlas se trataron con ADN unido a azobenceno; por lo tanto, la carga se cargó cuando se expuso a la luz visible y se descargó cuando se expuso a la luz ultravioleta.

Sin embargo, el ADN y el azobenceno utilizados en las máquinas moleculares y la carga eran diferentes, por lo que el enjambre podía controlarse independientemente de la carga.

Las máquinas individuales pueden cargar y transportar perlas de poliestireno de hasta 3 micrómetros de diámetro, mientras que grupos de máquinas pueden transportar cargas de hasta 30 micrómetros de diámetro.

Además, una comparación de la distancia de transporte y el volumen de transporte mostró que los enjambres eran hasta cinco veces más eficientes en el transporte en comparación con las máquinas individuales.

Al demostrar que las máquinas moleculares pueden diseñarse para pulular y cooperar para transportar carga con alta eficiencia, este estudio ha sentado las bases para la aplicación de microrrobots en varios campos.

“En un futuro cercano, esperamos ver enjambres de microrrobots utilizados en la administración de medicamentos, la recolección de contaminantes, los dispositivos de generación de energía molecular y los dispositivos de microdetección”, dice Akira Kakugo.

Fuente: Science Robotics