Microrobot impulsado por luz que nada de forma autónoma podría usarse para desbloquear vasos sanguíneos
Actualizado el 17 Oct 2024
Una mirada a través de un microscopio óptico revela un universo oculto lleno de vida. Los microorganismos han desarrollado formas ingeniosas de navegar en entornos densos y viscosos. Por ejemplo, las bacterias E. coli giran como sacacorchos, los cilios se mueven en ondas sincronizadas y los flagelos emplean un movimiento similar a un látigo para impulsarse hacia adelante. Sin embargo, nadar a microescala es como intentar nadar en miel debido a la dominancia de las fuerzas viscosas. Desde 1977, cuando el físico Edward Purcell introdujo por primera vez el concepto, los científicos han estado fascinados por los desafíos únicos de la natación a microescala. Purcell imaginó una forma toroidal (similar a una rosquilla) como una forma que podría mejorar cómo los organismos microscópicos navegan en entornos donde las fuerzas viscosas predominan y las fuerzas inerciales son insignificantes, una condición conocida como el régimen de Stokes o límite bajo del número de Reynolds. A pesar de su promesa, hasta ahora no se ha demostrado ningún nadador toroidal. En un logro revolucionario, los científicos han presentado el primer microrrobot toroidal impulsado por luz capaz de moverse de forma autónoma en fluidos viscosos, como la mucosidad. Esto marca un avance significativo en el desarrollo de microrrobots diseñados para navegar en entornos complejos, con posibles aplicaciones en medicina.
El núcleo de esta investigación pionera, realizada por científicos de la Universidad de Tampere (Tampere, Finlandia) y la Universidad Anhui Jianzhu (Hefei, China), involucra un material sintético llamado elastómero cristalino líquido, que responde a estímulos como la luz láser. Cuando se calienta, este material gira por sí solo debido a un modo único de energía elástica cero (ZEEM), creado por la interacción de fuerzas estáticas y dinámicas. Esta innovación en el diseño toroidal simplifica el control de los robots nadadores al eliminar la necesidad de arquitecturas complicadas. Al usar un solo haz de luz para activar el movimiento no recíproco, estos microrrobots aprovechan el ZEEM para controlar de forma autónoma sus movimientos. Esto permite la natación tridimensional en el régimen de Stokes, lo que facilita la exploración de espacios confinados como los entornos microfluídicos. Además, estos robots toroidales pueden cambiar entre los modos de rodadura y autopropulsión para adaptarse mejor a diferentes entornos.
Los investigadores destacan que este descubrimiento representa un gran avance en el campo de la robótica blanda y abre la puerta al desarrollo de microrrobots capaces de navegar en entornos complejos. Los estudios futuros probablemente se centrarán en las interacciones y la dinámica colectiva entre múltiples robots toroidales, lo que podría conducir a nuevos métodos de comunicación entre estos microrobots inteligentes. Los hallazgos, publicados recientemente en la revista Nature Materials, son la culminación de dos grandes proyectos de investigación. El primero, STORM-BOTS, tiene como objetivo formar a una nueva generación de investigadores en robótica blanda con un enfoque en los elastómeros de cristal líquido. Este proyecto busca desarrollar robots blandos impulsados por luz que se muevan de manera eficiente tanto en el aire como en el agua. El segundo proyecto, ONLINE, investiga sistemas de actuadores blandos de no equilibrio para permitir el movimiento autosostenido, facilitando nuevas funciones robóticas como la locomoción, la interacción y la comunicación.
