Minúsculos cyborgs acuáticos capaces de “aprender” por sí mismos

Llega una nueva generación de robots vivos: son capaces de nadar, autoentrenarse, desplazarse a una velocidad sorprendente y ejercer una fuerza espectacular.

El campo de la robótica tiene como objetivo parecerse a aquello lo que las entidades biológicas naturales han logrado a lo largo de milenios de evolución: acciones como moverse, percibir y adaptarse al medio.

Más allá de los robots rígidos tradicionales, el campo de la “robótica blanda” ha surgido recientemente utilizando materiales flexibles y ajustables capaces de adaptarse a su entorno de manera más eficiente.

Con este objetivo en mente, los científicos llevan años trabajando en los llamados robots biohíbridos o biobots, calificables de cyborgs elementales.

Generalmente compuestos por tejido muscular, ya sea cardíaco o esquelético, y un esqueleto artificial, estos robots vivos se arrastran, nadan y aferran objetos.

Desafortunadamente, los biobots han venido arrastrando muchas dificultades que les han impedido emular debidamente las capacidades de los organismos naturales en términos de movilidad y fuerza, así como la capacidad de aprender por cuenta propia.

Ahora, investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC), liderados por el profesor de investigación ICREA Samuel Sánchez, han superado ambos desafíos logrando un gran avance en el campo de los biobots mediante el uso de herramientas de bioingeniería.

Sánchez y sus colaboradores del IBEC han aplicado la bioimpresión 3D y el diseño de ingeniería para el desarrollo de biobots, de poco más de un centímetro de longitud, que pueden nadar y deslizarse como peces, alcanzando velocidades sin precedentes.

La clave: utilizar la contracción espontánea de materiales basados en células musculares, juntamente con un esqueleto innovador y flexible.

“Los biobots que hemos diseñado están compuestos por células musculares que se mueven como gusanos o peces, reaccionan a estímulos eléctricos y ejercen fuerzas y velocidades sorprendentes gracias a su autoentrenamiento con el esqueleto flexible impreso en 3D”, comenta Samuel Sánchez.

Mientras que la mayoría de los investigadores suelen trabajar con esqueletos rígidos o anclados para preparar robots artificiales, los investigadores del IBEC utilizaron robots biológicos basados en un resorte en forma de serpentín flexible hecho de un polímero llamado PDMS, que primero fue diseñado y optimizado mediante simulaciones y, más tarde, impreso con tecnología 3D.

La ventaja de este innovador esqueleto radica en la mejora del entrenamiento y desarrollo del tejido a través de la autoestimulación mecánica sobre las contracciones espontáneas, lo que crea un bucle de retroalimentación debido a la fuerza restauradora del resorte.

Este evento de autoentrenamiento da lugar a una actuación mejorada y a una mayor fuerza de contracción del biobot.

Los esqueletos de este tipo no se habían incluido antes en un sistema vivo de robótica blanda.

“La mayor fuerza, resultado del diseño que permite el autoentrenamiento, ha hecho que nuestros biobots sean los robots biohídridos nadadores más rápidos hasta la fecha”, comenta Maria Guix, Investigadora del IBEC y primera autora del artículo.

Además de la capacidad de “autoentrenamiento“, este nadador biohíbrido basado en células de músculo esquelético desarrollado por los investigadores del IBEC, se mueve a velocidades 791 veces más rápidas que los biobots basados en células musculares conocidos hasta la fecha, y comparables con otros nadadores biológicos basados en cardiomiocitos (células cardíacas).

Pero esta nueva generación de biobots también puede realizar otros movimientos: son capaces de deslizarse cuando se colocan cerca de la superficie del fondo acuático, asemejándose al estilo de natación de ciertos peces cerca de superficies, como el comportamiento de ráfaga intermitente de los peces cebra, caracterizado por movimientos esporádicos seguido de fases de inercia.

El trabajo de Sánchez, Guix y colaboradores del IBEC abre las puertas a una nueva generación de robots biológicos más fuertes y rápidos basados en células musculares, con aplicaciones potenciales tanto para fines ambientales y de administración de fármacos, como para el desarrollo de prótesis biónicas.

En el campo biomédico, la posibilidad de imprimir tales modelos musculares en 3D con músculos humanos, ofrece la oportunidad de utilizar esta tecnología en plataformas médicas para testar fármacos.

El estudio, titulado “Biohybrid soft robots with self-stimulating skeletons”, se ha publicado en la revista académica Science Robotics.

Fuente: Noticias de la Ciencia