Inspirándose en la biología y el estante de juguetes, Investigadores de la Escuela de Ingeniería Thayer en Dartmouth College y City University of Hong Kong han desarrollado un robot de natación con un motor celular controlado por luz que puede realizar una administración de fármacos altamente dirigida.

Los investigadores combinaron la ingeniería de tejidos cardíacos, una estructura de ala impresa en 3-D y un gel sensible a la luz para producir el robot blando con capacidad de arranque y parada. El dispositivo conmutable transforma su forma cuando se expone a luz infrarroja cercana que penetra en la piel, provocando que conduzca y frene a través de entornos fluidos como el torrente sanguíneo humano.

El dispositivo transformable mejora drásticamente la utilidad de los robots diseñados para trabajar dentro del cuerpo humano y otros entornos de trabajo no convencionales.

El equipo de investigación de la City University of Hong Kong produjo el diseño original del robot y realizó las pruebas experimentales. El equipo de Dartmouth realizó un análisis mecánico y numérico del dispositivo y sugirió cambios en elementos de diseño como el tamaño y la forma.

"Con esta tecnología podemos crear robots transformables suaves con una maniobrabilidad sin precedentes, "dijo Zi Chen, profesor asistente de ingeniería en Thayer. "Nuestra inspiración provino de los juguetes transformables que tienen diferentes configuraciones y funcionalidades. El resultado es ningún juguete, literalmente, puede cambiar la vida de las personas ".

Los organismos vivos son capaces de cambiar de forma para realizar acciones específicas. Un erizo se enrosca en una bola para defenderse. Los pájaros extienden sus alas para volar. Las plantas carnívoras como la Venus atrapamoscas se abren y cierran. El nuevo estudio es parte de un esfuerzo a largo plazo para desarrollar robots que imiten este comportamiento de cambio de forma que se encuentra en la naturaleza.

Ser efectivo, la nueva generación de robots debe ser energéticamente eficiente y debe poder responder a diferentes tipos de estímulos, como la luz o el calor.

Si bien ya existen ejemplos de este tipo de robots, Los investigadores han luchado por crear un dispositivo que transforme con fluidez su forma para permitirle comenzar y dejar de moverse a pedido. La mayoría de los sistemas existentes también dependen de variaciones de temperatura que son difíciles de estimular en el cuerpo humano debido a su temperatura casi constante.

"La capacidad de controlar el movimiento del robot mediante la luz crea un dispositivo mucho más funcional que se puede operar con alta precisión, "dijo Xiaomin Han, un doctorado reciente. Graduado del Laboratorio de Investigación Chen en Thayer.

El robot de control remoto es impulsado por una aleta caudal que imita la acción de natación de las ballenas. La estructura se imprimió en 3-D en forma de ala de un avión y luego se recubrió con células del músculo cardíaco. De la misma forma que los cardiomiocitos hacen que el corazón lata continuamente, también impulsan este dispositivo biohíbrido a través de una acción ondulante constante.

Para controlar el movimiento del robot, los investigadores aplicaron hidrogeles fotosensibles a las alas. A falta de luz las alas se despliegan, permitiendo que las células del corazón lo impulsen hacia adelante. Cuando se expone a la luz, el avión flotante retrae sus alas, haciendo que se detenga.

"Los músculos del corazón siguen agitándose, pero son incapaces de vencer el poder de frenado de las alas, ", dijo Chen." Es como presionar el pedal del acelerador con el freno de emergencia puesto ".

La alta sensibilidad del robot a la luz infrarroja cercana crea una tasa de respuesta que permite una transformación casi inmediata de la forma del ala. lo que le permite ser muy maniobrable. En el estudio, Los investigadores utilizaron la "capacidad de control y capacidad de respuesta sin precedentes" del robot de avión flotante como transportador de carga para llevar a cabo la administración de fármacos dirigida contra las células cancerosas.

"Literalmente lanzamos bombas de drogas sobre las células cancerosas, ", dijo Chen." La realización del concepto transformable allana el camino para el desarrollo potencial de sistemas robóticos biohíbridos inteligentes de próxima generación ".

El robot biohíbrido se puede producir en una variedad de tamaños que van desde varios milímetros hasta docenas de centímetros. Esta escalabilidad le da una buena flexibilidad para asumir tareas relacionadas con la navegación y la vigilancia en entornos difíciles.

Un estudio que describe la investigación apareció por primera vez en la revista académica Pequeña a finales de marzo.

En el estudio actual, los investigadores controlan el movimiento de arranque y parada de todo el robot mediante el uso de la luz. La investigación futura utilizará la luz para apuntar a alas separadas en el robot para que pueda ser dirigido con aún más precisión.

Esta investigación fue realizada con Peng Shi y Bingzhe Xu de la City University of Hong Kong. Yuwei Hu y Chia-Hung Chen de la Universidad Nacional de Singapur y Yiming Luo de la Universidad Tecnológica de Hubei también contribuyeron al estudio.