Crean una mano robótica funcional con músculos, ligamentos y tendones que se imprime entera en 3D

Los nuevos materiales de diseño y los avances en la prostética están acercando el sueño de poder disponer de miembros de reemplazo que no solo permitan recuperar la funcionalidad perdida, sino también los sentidos y sensaciones que proporcionan. Recientemente, se dio a conocer el caso de Karin, una mujer amputada a la altura del antebrazo por un accidente de granja que ha logrado controlar su mano biónica y aliviar el dolor fantasma al conectar la prótesis con su sistema nervioso.

La impresión 3D ha supuesto uno de los avances más notorios, ya que permite adaptar el órgano artificial a las medidas y necesidades de los pacientes. Además, permite aumentar la complejidad del miembro, al superponer distintas capas y niveles de mecanismos. Y si hasta ahora solo se podían emplear plásticos de curado rápido para imprimir los modelos diseñados en tres dimensiones, recientemente se han comenzado a usar plásticos de curado lento.

Este material más durable, robusto y con propiedad elástica es producto de una nueva tecnología desarrollada por la Escuela Politécnica Federal de Zúrich (ETH Zurich) y una start-up estadounidense, Inkbit. El avance les ha permitido imprimir robots más resistentes y de una sola vez. También les ha ayudado a combinar polímeros suaves con otros rígidos y elásticos, además de diseñar estructuras curvas y con cavidades. El resultado, que publican en la revista Nature, incluyen manos robóticas con músculos, ligamentos y tendones artificiales. 

[Hallan un esqueleto con una misteriosa mano de hierro en Alemania: ¿la prótesis de un guerrero?]

"No habríamos llegado tan lejos con los poliacrilatos de curación rápida que veníamos usando hasta ahora para imprimir en 3D", explica Thomas Buchner, estudiante de doctorado del grupo del profesor Robert Katzschmann en la ETH Zurich. "Para construir la mano hemos usado polímeros de tioleno de curación lenta. Tienen muy buenas propiedades elásticas y recuperan su forma original tras doblarse mucho más rápido que los poliacrilatos". Son ideales, por tanto, para fabricar ligamentos. 

Además, la rigidez de los tiolenos puede ajustarse finamente para cumplir con los requisitos de la robótica blanda. "Los robots fabricados con materiales suaves, como la mano que hemos desarrollado, tienen ventajas con respecto a los robots convencionales fabricados con metal. Dado que son blandos, suponen un riesgo menor de accidentes y de heridas al interactuar con trabajadores humanos, y están mejor dotados para manejar objetos frágiles", explica Katzschmann.

Las impresoras 3D normalmente producen los objetos capa tras capa, con un extrusor que deposita el material en forma viscosa en cada punto. A continuación, una luz ultravioleta proporciona inmediatamente el tratamiento de curación para los polímeros rápidos, y permite aplicar la siguiente capa. Pero antes, un elemento mecánico debe pulir las irregularidades en la superficie recién impresa. Los polímeros de curación lenta no pueden pasar por este proceso, porque se impregnarían en la herramienta de pulido.

Los investigadores desarrollaron un escáner láser en tres dimensiones que controla inmediatamente que no haya irregularidades en cada superficie impresa. "Un mecanismo de feedback compensa cada defecto al imprimir la siguiente capa, calculando los ajustes necesarios al material inyectado en tiempo real, con puntería certera", explica Wojciech Matusik, profesor del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) y coautor del estudio. Así, la siguiente capa compensará las irregularidades, y no requiere que todas las capas estén perfectamente alineadas.

Esto permite que los plásticos lentos tengan tiempo suficiente para consolidar su estructura compleja. Y los objetos robóticos se imprimen completos, sin necesidad de ensamblaje. Esta tecnología ha sido desarrollada por Inkbit, fundada por investigadores del propio MIT, que han colaborado con los del ETH. Y si abre la puerta a nuevas posibilidades de desarrollo en el ámbito de la prostética y la robótica, también esperan que llegue a la impresión 3-D comercial y para usos particulares.