Moverse por el mundo como microorganismo no siempre es fácil. Las bacterias y otras criaturas pequeñas que se retuercen dentro de los cuerpos a menudo tienen que impulsarse a través de ambientes espesos y viscosos. Para un humano, esto parecería como si alguien intentara nadar torpemente en un charco de miel. La naturaleza ya ha encontrado soluciones creativas a este desconcertante problema. E. coli, por ejemplo, utiliza un movimiento de sacacorchos para cortar la baba mientras los flagelos se giran y se mueven hacia adelante.
Ahora, inspirándose en esta adaptación natural, investigadores de la Universidad de Tampere y la Universidad Anhui Jianzhu han creado un nuevo microrobot con forma de rosquilla capaz de navegar de forma autónoma a través de mocos y otras sustancias pegajosas. El diminuto diseño del robot, que dicen que algún día podría usarse para administrar medicamentos a través de moco, ha hecho realidad un factor de forma conceptualizado por primera vez hace casi cincuenta años. los investigadores publicaron sus hallazgos esta semana en la revista Materiales naturales.
Vídeo: Natación libre en un espacio tridimensional bajo el régimen de Stokes. Crédito: Zixuan Deng, Universidad de Tampere
El robot mide sólo un milímetro de largo y tiene una forma “toroidal” (o de rosquilla) que permite que materiales gruesos y viscosos pasen a través de su centro expuesto. Pero la forma por sí sola no hace que el robot se mueva. Para ello, los investigadores recurrieron a un material sintético llamado elastómero cristalino líquido. La exposición a estímulos luminosos o térmicos provoca la rotación autónoma de este material. Los investigadores utilizaron una placa caliente para aplicar calor constante al robot cubierto de elastómero y descubrieron que podían hacer que se impulsara hacia adelante en su entorno.
Una vez expuesto a la luz o al calor, el robot se encuentra en «movimiento autónomo», lo que, según los investigadores, le permite moverse de forma autónoma. Pero también se puede pilotar. Los investigadores descubrieron que podían engañar al robot donut para que se moviera en una dirección determinada variando la cantidad de luz o exponiéndolo al calor. Del mismo modo, podrían detener el robot cortándole completamente el acceso a la luz y al calor. El robot también puede alternar de forma autónoma entre un modo rodante o autopropulsado dependiendo de lo que sea mejor para navegar en un entorno particular.
Este diseño en forma de rosquilla, aunque es el primero en robots pequeños y de forma blanda, no es un concepto completamente nuevo. La idea de esta forma se atribuye al físico Edward Purcell en 1977. Purcell creía que una forma corporal toroidal podría mejorar la navegación de los microorganismos en el «régimen de Stokes», que se refiere a áreas donde hay fuerzas viscosas y poca o ninguna inercia. Este pequeño robot demuestra que la idea general era correcta.
Vídeo: Movimiento terrestre del toroide ZEEM caminando sobre la tierra. Crédito: Zixuan Deng, Universidad de Tampere
Usando pequeños robots para administrar medicamentos a través de los mocos
Aunque todavía es pronto, el pequeño robot donut podría tener aplicaciones en el mundo real fuera del laboratorio. Zixuan Deng, investigador doctoral de la Universidad de Tampere y uno de los coautores del artículo, cree que los futuros médicos podrían utilizar esta tecnología subyacente para administrar medicamentos a través de la mucosidad o incluso ayudar a desbloquear los vasos sanguíneos.
«Las implicaciones de esta investigación se extienden más allá de la robótica y podrían impactar campos como la medicina y el monitoreo ambiental», dijo Deng. dijo en un comunicado.
Esta no sería la primera vez que los científicos consideran enviar pequeños robots a los humanos. Durante más de una década, los investigadores han estado diseñando pequeños “nanobots” potencialmente capaces de transportar materiales por todo el cuerpo e incluso a áreas particularmente sensibles como el cerebro y los ojos. Más recientemente, investigadores del MIT crearon un robot suave, inspirado en un pepino, que puede impulsarse hacia adelante con un movimiento similar al de una lombriz de tierra a través de los vasos sanguíneos. El pequeño robot donut va aún más lejos al introducir un método para moverse a través de zonas especialmente pegajosas y viscosas con una arquitectura de baja complejidad que sólo necesita luz o calor para moverse. En otras palabras, los robots médicos que viajan con mocos podrían estar un paso más cerca de la realidad.
