Por Canuto  

Investigadores del MIT construyeron un robot acuático con una película de gel de medio milímetro que se impulsa con células musculares vivas y responde a destellos de luz. Aunque su velocidad es modesta, el prototipo logró nadar y girar en un laberinto, y ofrece una alternativa más delgada a los diseños biohíbridos voluminosos.
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  • El robot combina una película de gelatina metacrilato de medio milímetro con dos aletas recubiertas de células musculares vivas.
  • Los investigadores controlaron la dirección y el movimiento mediante destellos de luz sobre una aleta u otra.
  • El prototipo recorre cerca de cuatro longitudes de su cuerpo por minuto y navegó un laberinto acuático sencillo.

Un equipo de ingenieros del MIT desarrolló un robot acuático delgado, propulsado por células musculares vivas que se contraen cuando reciben luz. El dispositivo, construido sobre una película de gel de aproximadamente medio milímetro de grosor y del largo y ancho aproximados de una barra de chicle, nadó y giró a través de un laberinto sencillo. La prueba muestra que una capa muscular fina puede generar fuerza suficiente para mover un artefacto por el agua.

El trabajo, publicado en la revista Advanced Functional Materials, propone un diseño biohíbrido que se aparta de los robots musculares tridimensionales y voluminosos descritos por el equipo. Los investigadores ajustaron el material de soporte, los surcos de su superficie y el entrenamiento de las células para mejorar la alineación muscular y aprovechar sus contracciones.

Dos aletas que responden a la luz

El robot tiene dos mitades de gel que funcionan como aletas, cada una recubierta por una capa de células musculares vivas mucho más delgada que un cabello. Los investigadores modificaron genéticamente esas células para que reaccionaran a la luz; al iluminar una de las aletas, el tejido se contrae y hace que la superficie aletee con fuerza suficiente para impulsar el dispositivo.

El control depende de dónde y cuándo llega la luz: al dirigir destellos hacia una aleta o la otra, los investigadores pueden modificar el movimiento y orientar el recorrido. En la demostración, maniobraron manualmente una fuente luminosa sobre el robot sumergido en una gran placa de Petri, y el dispositivo respondió a los cambios de iluminación mientras avanzaba por el circuito.

La experiencia permitió al equipo mostrar que el prototipo no solo se desplaza en línea recta, sino que también puede girar y atravesar un laberinto acuático simple. El resultado está lejos de una máquina autónoma capaz de explorar sin intervención, pero demuestra que las contracciones coordinadas de una capa celular pueden traducirse en locomoción controlable dentro del agua.

Ritu Raman, profesora asociada de ingeniería mecánica en el MIT y autora del estudio, señaló que desplazarse por el agua exige más fuerza que moverse por el aire. A su juicio, el robot resulta bastante fuerte para su tamaño, una valoración que pone en contexto tanto la capacidad del diseño como el desafío mecánico que implica generar empuje en un medio acuático.

Un cuerpo delgado y un ritmo moderado

A su velocidad máxima, el robot recorre cerca de cuatro veces la longitud de su cuerpo en un minuto. Es un avance modesto frente a los nadadores olímpicos, que pueden cubrir hasta 65 longitudes corporales por minuto, aunque la comparación sirve para dimensionar el rendimiento y no para equiparar una máquina experimental con un atleta humano.

La fuente también compara su ritmo con el del tiburón vaca, que explora el océano aproximadamente a una velocidad similar. El contraste subraya que el prototipo se mueve despacio, pero su objetivo principal no es competir en velocidad: el equipo buscaba demostrar que una estructura bidimensional y fina podía producir suficiente fuerza para nadar.

El diseño es el primer ejemplo del grupo de un robot muy delgado, bidimensional y propulsado por músculos capaz de desplazarse. Raman señaló que los robots biohíbridos de su equipo y de otros investigadores suelen construirse con bloques tridimensionales voluminosos de músculo esquelético cultivado en laboratorio, que requieren millones de células para su fabricación.

Según la investigadora, una arquitectura menos voluminosa podría resultar más barata de construir y moverse con mayor eficiencia. Esa posibilidad es una expectativa de diseño, no un resultado de costos demostrado en el trabajo; por ahora, la contribución reportada consiste en probar una forma delgada de organizar músculo vivo para producir movimiento robótico.

El diseño del soporte para el músculo

El nuevo prototipo se apoya en un trabajo previo del Raman Lab, que creó un disco de tejido muscular artificial inspirado en el iris del ojo. En ese dispositivo, el equipo estampó surcos concéntricos y radiales en un disco de gel y colocó células musculares sobre la superficie, donde crecieron siguiendo los patrones y, al recibir luz, estiraron y comprimieron el material en varias direcciones controlables.

Aquel experimento mostró que las células podían cultivarse en una capa muy fina y organizarse en patrones complejos, pero sus movimientos alcanzaban apenas unos 100 micrones. Para pasar de desplazamientos microscópicos a una fuerza útil para nadar, los investigadores cambiaron el enfoque y optimizaron el esqueleto que sostiene las células, en vez de depender únicamente de la estimulación luminosa.

El equipo varió la composición y rigidez del gel, además del tamaño y la geometría de los surcos estampados en su superficie. Probó, entre otras formas, canales parecidos a zanjas cuadradas y surcos más curvos; las células se alinearon mejor en los primeros, y esa alineación favoreció su fusión en fibras capaces de formar un tejido muscular más fuerte y coordinado.

Los investigadores sustituyeron la fibrina, un gel muy suave usado en el diseño anterior, por gelatina metacrilato, conocida como GelMA y empleada con frecuencia en ingeniería de tejidos. Las células crecieron más alineadas y produjeron mayor fuerza sobre las versiones más rígidas del material, mientras que una película de medio milímetro ofreció soporte para una sola capa sin impedir que las células se adhirieran al contraerse.

Entrenamiento y posibles aplicaciones

Además de ajustar el material, el equipo sometió las células a una rutina de entrenamiento con destellos de luz para fortalecerlas. Con esos músculos y el soporte optimizado, construyó un robot de dos aletas con surcos de fondo cuadrado en ambos lados de la película de gel y una capa de células que se fusionó en fibras alineadas.

Raman describió el dispositivo como dos músculos independientes: si los investigadores iluminan uno, solo esa parte se mueve; si iluminan ambos, las dos aletas baten. Esa separación funcional permite orientar el desplazamiento mediante estímulos luminosos, aunque en la prueba la fuente de luz se controló manualmente y el diseño corporal todavía es básico.

El grupo plantea que los robots biohíbridos podrían llegar a realizar tareas delicadas en entornos demasiado frágiles o impredecibles para el hardware convencional. Raman vincula esa posibilidad con propiedades del tejido vivo, que es blando, responde al entorno y puede autocurarse; el estudio, sin embargo, presenta una demostración de locomoción y no una aplicación desplegada de monitoreo o exploración.

El siguiente objetivo del equipo es optimizar la forma del cuerpo para permitir una natación más rápida, según indicó Raman. Incluso a velocidades reducidas, la investigadora considera que un nadador propulsado por músculos podría servir algún día para monitorear ambientes acuáticos, mientras que la investigación recibió apoyo parcial de la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos.

El estudio fue realizado por Maheera Bawa, autora principal, junto con Arielle Berman, Laura Schwendeman, Ferdows Afghah y Seanbiron Johnson, bajo la dirección de Raman. Robohub informó sobre el desarrollo, que por ahora deja una conclusión acotada pero relevante para la robótica biohíbrida: con un soporte apropiado, una capa de células musculares puede mover un robot fino por el agua y responder a instrucciones luminosas.


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