Investigadores desarrollan microrrobot quirúrgico que puede ver y corregir sus movimientos desde el interior

En microcirugía, lograr un movimiento preciso es esencial, ya que incluso desviaciones mínimas pueden comprometer los resultados para el paciente. Los instrumentos robóticos tradicionales enfrentan desafíos como las fuerzas del entorno, los temblores del cirujano y las limitaciones de los actuadores, como las vigas piezoeléctricas, que son propensas a la deriva y la histéresis sin corrección en tiempo real. La mayoría de los sistemas dependen de sensores externos o cámaras para proporcionar retroalimentación, pero estas adiciones aumentan el volumen y complican su uso en entornos mínimamente invasivos o confinados.

Los mecanismos flexibles, aunque prometedores por su compacidad y ausencia de holgura mecánica, aún dependen de una retroalimentación precisa para funcionar en entornos clínicos. Esto genera la necesidad de un sistema de retroalimentación interna compacto y de alta resolución que permita un control microrrobótico estable y autónomo. Ahora, los investigadores han desarrollado un sistema robótico compacto capaz de detectar y corregir su propio movimiento en tiempo real, logrando una precisión a nivel de micrómetros sin depender de infraestructura externa.

Investigadores del Imperial College de Londres y la Universidad de Glasgow han desarrollado el primer microrobot capaz de visualizar y corregir internamente su movimiento utilizando retroalimentación visual completamente integrada. La innovación, publicada en Microsystems & Nanoengineering, presenta un robot delta accionado por elementos piezoeléctricos, mejorado con una cámara endoscópica integrada y marcadores AprilTag para el seguimiento interno del movimiento. Inspirado en estructuras de origami y mecanismos delta, el robot presenta vigas piezoeléctricas incrustadas dentro de un marco compatible impreso en 3D.

Sustituye las juntas convencionales por elementos basados en flexión para garantizar un movimiento preciso y sin holgura en tres grados de libertad. Para la retroalimentación, se instala una cámara boroscopio en miniatura debajo de la plataforma para monitorear los marcadores fiduciales. Un sistema de control basado en PID procesa los datos visuales integrados para ajustar continuamente el movimiento y compensar perturbaciones como la gravedad, permitiendo que el robot siga de forma autónoma trayectorias programadas sin necesidad de sensores externos.

En pruebas experimentales, el robot demostró su capacidad para trazar trayectorias 3D intrincadas con alta repetibilidad y resistencia bajo cargas aplicadas. Alcanzó una precisión de movimiento cuadrática media de 7,5 μm, una precisión de 8,1 μm y una resolución de 10 μm. El sistema de bucle cerrado superó consistentemente las configuraciones de bucle abierto, especialmente bajo perturbaciones externas. Este diseño con regulación interna establece un nuevo referente al combinar sensores integrados, simplicidad de fabricación y adaptabilidad quirúrgica.

La plataforma muestra un gran potencial para aplicaciones mínimamente invasivas, como la navegación por catéter y la resección tisular láser. Las iteraciones futuras podrían incorporar cámaras de alta velocidad de fotogramas y seguimiento de profundidad avanzado para mejorar la capacidad de respuesta en el eje z. Su arquitectura escalable lo hace prometedor para procedimientos especializados como la endomicroscopía y la neurocirugía, marcando el inicio de una nueva era de microrrobótica fiable y autocorrectiva.

"Este desarrollo representa un cambio de paradigma en la microrrobótica", afirmó el Dr. Xu Chen, autor principal del estudio. "Nuestro enfoque permite que un microrrobot quirúrgico rastree y ajuste su propio movimiento sin depender de infraestructura externa. Al integrar la visión directamente en el robot, logramos mayor fiabilidad, portabilidad y precisión, características cruciales para aplicaciones médicas reales. Creemos que esta tecnología establece un nuevo estándar para las futuras herramientas quirúrgicas que deben operar de forma independiente dentro del cuerpo humano".