(Arriba) Una serie de micrografías de luz que muestran el movimiento de uno de los microrobots sintetizados en este estudio; (Abajo) Una representación del movimiento de la aleta a lo largo del tiempo (Kazuma Obara, Yoshiyuki Kageyama, Sadamu Takeda. Small. 27 de noviembre de 2021). Crédito:Kazuma Obara, Yoshiyuki Kageyama, Sadamu Takeda. Pequeña. 27 de noviembre de 2021
Crear microrobots moleculares que imiten las habilidades de los organismos vivos es un sueño de la nanotecnología, como lo ilustra el reconocido físico Richard Feynman. Hay una serie de desafíos para lograr este objetivo. Uno de los más significativos es la creación de autopropulsión dirigida en el agua.
Un equipo de tres científicos de la Universidad de Hokkaido, dirigido por el profesor asistente Yoshiyuki Kageyama, logró crear un microcristal que utiliza un movimiento alternativo autocontinuo para la propulsión. Sus hallazgos fueron publicados en la revista Small .
El sueño de los microrobots es antiguo, ha sido abordado en la ciencia ficción durante muchas décadas y popularizado por el auge de la nanotecnología. Un aspecto de estos robots es la autopropulsión, la capacidad de moverse de forma autosuficiente. Hay dos desafíos principales para lograr esto:el primero es hacer un robot molecular que pueda deformarse recíprocamente, y el segundo es convertir esta deformación en propulsión del robot molecular.
El grupo de Kageyama se basó en su investigación anterior que había resuelto el primer desafío:la creación de robots moleculares que pueden deformarse recíprocamente. Sin embargo, los objetos diminutos no pueden convertir su movimiento recíproco en movimiento progresivo, en general, como lo explica el teorema de la vieira de Edward Purcell. En el estudio actual, los científicos dieron el siguiente paso y lograron realizar la autopropulsión del robot molecular en un sistema experimental donde el movimiento estaba confinado a dos dimensiones; en este sistema, la resistencia viscosa actúa anisotrópicamente, haciéndola insignificantemente débil.
Los robots moleculares móviles nadan en el agua
El microrobot funcionaba con luz azul, lo que provocaba una serie de reacciones que conducían al movimiento de las aletas y la propulsión. Debido a la naturaleza de las reacciones, el movimiento no era continuo, sino intermitente; además, los robots moleculares exhibieron uno de tres estilos diferentes de propulsión:un estilo de "golpe", con la aleta al frente; un estilo "kick", con la aleta hacia atrás; o un estilo "side-stroke", con la aleta hacia un lado. La naturaleza de la movilidad se vio afectada por el área de la aleta y su ángulo de elevación; los cristales individuales se impulsaron en diferentes direcciones y estilos.
Luego, los científicos crearon un modelo mínimo computacional para comprender las variables que afectaron la propulsión en un tanque bidimensional. Pudieron determinar que la longitud de la aleta, la proporción de la aleta y el ángulo de elevación eran las variables clave que afectaban la dirección y el ritmo de las propulsiones.
"El resultado, que demostró que las pequeñas aletas pueden nadar con la ayuda de la anisotropía causada por espacios confinados, podría estimular la investigación de robots moleculares", dice Kageyama. "Un mecanismo similar puede estar en el movimiento de pequeños organismos acuáticos en condiciones específicas, como dentro de los huevos". Investigadores desarrollan motores moleculares alimentados por luz que se doblan y desdoblan repetidamente
