La miniaturización de la tecnología es un campo especialmente atractivo para la medicina, que busca en los nanobots y en componentes submilimétricos la solución a muchos tratamientos y herramientas diagnósticas. En ese sentido, un minúsculo cangrejo robótico que puede doblarse, retorcerse, arrastrarse, caminar, girar e incluso saltar siguiendo las órdenes que le marcan desde un laboratorio puede ser un hallazgo decisivo de cara al futuro cercano, también en España.

Este diminuto crustáceo robótico de medio milímetro de ancho, que parece salido de una película de los años 80 como El chip prodigioso o Cariño, he encogido a los niños, es el gran protagonista de una investigación que se acaba de publicar en la revista Science Robotics. 

Aunque es solo un primer atisbo de las posibilidades que ofrecerá en un futuro, los autores del estudio, investigadores de la Universidad de Northwestern (Illinois, EEUU), creen que su tecnología podría servir como la gran impulsora del campo de los microrobots, un sector con un inmeso potencial en la medicina de precisión, entre otros campos.

Aplicaciones prácticas

John A. Rogers, pionero en bioelectrónica, es el líder del equipo detrás de este impactante invento, que les ha costado año y medio de desarrollo del prototipo y pruebas y al que ya están buscando posibles aplicaciones prácticas, como futuras herramientas para procedimientos quirúrgicos mínimamente invasivos o para manipular células y tejidos en la investigación biológica.

"Podríamos imaginarnos a los microrobots como agentes para reparar o montar pequeñas estructuras o máquinas en la industria o como asistentes quirúrgicos para limpiar arterias obstruidas, detener hemorragias internas o eliminar tumores cancerosos, todo ello en procedimientos mínimamente invasivos", señaló Rogers en un comunicado de prensa sobre la utilidad práctica de estas diminutas criaturas robóticas.

Más pequeño que una pulga, el cangrejo robótico no tiene necesidad de alimentarse de energía a través de complejos dispositivos hidráulicos o eléctricos, ni cuenta con ningún tipo de batería. En cambio, su movimiento se basa en la resistencia elástica de su cuerpo y en el material de aleación maleable con memoria de forma con el que ha sido fabricado. Así, el robot recupera su forma inicial cuando se calienta y la pierde cuando se enfría, generando un movimiento que puede ser muy útil.

Para hacer efectivo ese movimiento, los investigadores utilizaron un rayo láser que calentaba rápidamente las distintas partes del cuerpo del robot para que avanzara, se doblara, girara o saltara a demanda. Un delgado revestimiento de vidrio permitió que la parte calentada se enfriase a gran velocidad.

"Como estas estructuras son tan diminutas, el ritmo de enfriamiento es muy rápido", explica Rogers. "De hecho, reducir el tamaño de estos robots les permite funcionar más rápido". Así, su movimiento puede alcanzar una velocidad promedio equivalente a "la mitad de la longitud de su cuerpo por segundo". 

Es una velocidad casi imposible de conseguir a escalas tan pequeñas para otros robots, pero los investigadores de Northwestern lo han logrado gracias a su peculiar aproximación a la ciencia de materiales. A medida que el robot pasa de una fase a otra, crea el movimiento y el láser no sólo activa a distancia el robot, sino que permite determinar su dirección. 

Libros pop-up

La fuente de inspiración de Rogers y su equipo fueron los libros pop-up infantiles, esos que lucen páginas tridimensionales y desplegables a partir de estructuras de cartón troqueladas. Con una técnica similar, los científicos fabricaron los precursores de las estructuras del microrobot en geometrías planas en una plancha de la aleación metálica con la que está hecho.

Después, pegaron estos precursores a un sustrato de goma ligeramente estirado.  Cuando este material se relaja, se produce un proceso de pandeo controlado que hace que el cangrejo "salte" en formas tridimensionales definidas con precisión. Es un método con el que llevan trabajando desde hace 8 años y, según aseguran, ya lo están utilizando para desarrollar robots con otras formas aparte del cangrejo, como orugas, grillos o escarabajos.

"Con estas técnicas de ensamblaje y conceptos de materiales, podemos construir robots andantes de casi cualquier tamaño o forma en 3D", aseguró Rogers. "Pero los estudiantes se sintieron inspirados y divertidos por los movimientos de arrastre lateral de los cangrejos diminutos. Fue un capricho creativo", dijo para justificar la elección final del pequeño crustáceo.

Al lado de la punta de un bolígrafo o de una aguja, como lo han fotografiado los técnicos del laboratorio de la Universidad de Northwestern, el minúsculo robot resulta casi invisible, tan pequeño que es muy fácil confundirlo con suciedad o un insecto de verdad.

Microchip alado

Esta no es la primera invención de John Rogers y su equipo que logra notoriedad pública a nivel global. El pasado septiembre fueron portada de la revista Nature gracias a un microchip alado del tamaño de un grano de arena, la estructura voladora más pequeña jamás fabricada por el ser humano.

Al igual que con el cangrejo, este microscópico robot no tiene ningún tipo de motor o batería eléctrica para propulsarse. En su lugar, levanta el vuelo con el gira como un helicóptero por el aire.

Mediante el estudio de los arces y otros tipos de semillas dispersadas por el viento, los ingenieros optimizaron la aerodinámica del microrobot para garantizar que, cuando se deja caer desde una elevada altura, caiga a una velocidad lenta de forma controlada y no se rompa.

Es una manera de estabilizar el vuelo, asegurar la dispersión en una amplia zona y aumentar el tiempo de interacción con el aire. Eso lo convierte en una herramienta muy efectiva para vigilar la contaminación atmosférica o las enfermedades transmitidas por el aire, como el covid.

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