Estos robots microscópicos son más pequeños que un grano de arena. Con 200 micrómetros de ancho, son autónomos, programables y tan baratos de fabricar que cada unidad sale a un céntimo de dólar
Científicos de la Universidad de Pensilvania (Penn) y de la Universidad de Michigan han creado lo que, según ellos, son los robots autónomos y programables más pequeños del mundo. Con aproximadamente 200 micrómetros de ancho —más o menos la anchura de dos cabellos humanos—, estas máquinas pueden percibir su entorno, pensar y actuar por su cuenta sin instrucciones externas. Según sus desarrolladores, una tecnología así permitiría monitorear la salud de células individuales de nuestro cuerpo o transportar medicamentos a lugares específicos del cuerpo para tratar enfermedades.
El gran éxito de los investigadores ha sido lograr que un robot que mide una quinta parte de un milímetro pueda moverse de manera autónoma sin ayuda exterior, un reto que la ciencia lleva intentando resolver desde hace décadas. Las fuerzas físicas como el arrastre y la viscosidad inciden con más intensidad en los objetos en el mundo microscópico, haciendo que moverse por un líquido sea el equivalente a tamaño real de nadar en alquitrán.
Para superar este desafío, el equipo de Penn diseñó un nuevo sistema de propulsión. Los microrobots se alimentan por luz LED y operan en una disolución de peróxido de hidrógeno, que suministra el combustible para su movimiento. El robot generan un campo eléctrico que empuja los iones de la solución circundante, que a su vez arrastran las moléculas de agua. Los robots pueden ajustar ese campo eléctrico para moverse en patrones complejos e incluso viajar en grupos coordinados a velocidades de hasta una longitud de cuerpo por segundo.
Cómo funciona
El robot autónomo más pequeño del mundo necesita el ordenador más pequeño del mundo. Ese título lo tiene un ordenador creado por el equipo de David Blaauw en Michigan. Los investigadores adaptaron su nanoordenador al sistema de propulsión de Penn y construyeron una computadora completa con un procesador, memoria y sensores en un chip de fracción de milímetro.
El robot recibe la luz mediante unos paneles solares microscópicos que producen solo 75 nanovatios de potencia, más de 100.000 veces menos que un reloj inteligente, dice Blaauw. Su equipo tuvo que hacer que los circuitos del nanoordenador operaran a voltajes extremadamente bajos, reduciendo el consumo más de 1.000 veces.
Quizá el aspecto más llamativo sea el coste total de la infraestructura del sistema. Aunque cada robot cuesta aproximadamente un céntimo de dólar si se fabrica a gran escala, podría suponerse que el equipo necesario para programarlos y controlarlos sería prohibitivamente caro. No es así.
“Unos 100 dólares”, explica en declaraciones para Novaceno Marc Miskin, profesor de Penn Engineering y autor principal del estudio. El equipo ya ha construido una versión de bajo coste de su instalación con diodos LED estándar controlados por un microordenador Raspberry Pi y captación de imágenes mediante una cámara de teléfono inteligente equipada con una lente macro.
“Este sistema, de hecho, rinde casi tan bien como nuestro carísimo microscopio de 100.000 dólares”, explica Miskin. “De nuevo, porque es el robot quien realiza todo el trabajo complejo”, asegura el investigador.
Salud y mucho más
Los microrobots tienen un tamaño tan pequeño como muchas estructuras de la microbiología, desde paramecios unicelulares hasta células vegetales o tardigrados, asegura el equipo. Aun así, su arquitectura cuenta con sensores electrónicos capaces de detectar la temperatura con una precisión de un tercio de grado Celsius, lo que les permite supervisar el estado de salud de cada célula.
Pero para que la tecnología llegue a aplicarse a la salud humana todavía hay obstáculos por superar. Al igual que las células de nuestro cuerpo, que necesitan un suministro constante para vivir, los robots no pueden funcionar sin una fuente continua de luz. “Si apagas la luz, el robot se apaga y la memoria se borra”, sostiene Miskin. “Cuando vuelves a encenderla, se reinicia, pero no recuerda lo que le habías programado. Como la energía total que se puede almacenar depende del volumen, resulta extremadamente difícil guardar una cantidad útil en un espacio tan pequeño”.
Además, en su versión actual, los robots operan en una disolución de 5 milimolar de peróxido de hidrógeno, que resulta tóxica para las células vivas. Esto hace que sean inviables para aplicaciones médicas en su forma actual. Los investigadores reconocen esta limitación, pero no es insuperable, aseguran. Los actuadores (dispositivos que convierte una señal de control en movimiento físico o fuerza) que lo integran se pueden intercambiar fácilmente, solo es necesario que coincidan el voltaje de funcionamiento y la corriente requerida. “Estamos trabajando activamente en la construcción de los robots correspondientes, integrando estos actuadores biocompatibles con circuitos, y esperamos que pronto podáis ver algunos de ellos”.
Curiosamente, los investigadores se muestran más entusiasmados por una aplicación que no ha acaparado tantos titulares: emplear estos robots para ensamblar componentes a microescala. “Casi todo lo que construimos hoy en día a microescala se fabrica de una sola vez, de forma monolítica. Por ejemplo, cuando elaboramos circuitos, los componemos mediante intrincados patrones en grandes obleas. Si quieres cambiar una parte de ese circuito, debes reconstruirlo entero”, dice Miskin.
Los investigadores sostienen que esto podría reducir los costes, acelerar las iteraciones de diseño e incluso simplificar la propiedad intelectual. «La microescala es un lugar increíble», explica Miskin. «Disponer de pequeños agentes que los humanos pueden programar y controlar podría abrir todo tipo de puertas extraordinarias. Soy cautelosamente optimista y creo que las mejores aplicaciones aún están por imaginar».
Fuente: elconfidencial.com
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