Ingenieros del MIT desarrollaron un robot blando de gel y células musculares vivas que responde a destellos de luz para avanzar y girar en el agua. Aunque nada lentamente, el diseño delgado muestra cómo un sistema biohíbrido puede convertir contracciones celulares en movimiento controlado.
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• El robot, de dos aletas y una película de gel de medio milímetro, utiliza células musculares modificadas para contraerse cuando reciben luz.
• Al iluminar cada aleta por separado, los investigadores controlan el rumbo y la velocidad; el prototipo atravesó un laberinto acuático sencillo.
• El equipo optimizó la rigidez y los surcos del gel para alinear las células y fortalecer su contracción, con miras a explorar posibles usos ambientales.

MIT crea un robot nadador de gel y músculo que sigue destellos de luz

Un robot blando, delgado como una hoja de papel y propulsado por células musculares vivas logró nadar y girar dentro de un laberinto acuático sencillo. Ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) diseñaron el dispositivo para que responda a destellos de luz: las células se contraen al recibirlos y hacen que las aletas del robot se agiten, impulsándolo a través del agua.

El prototipo mide aproximadamente lo mismo que una barra de chicle en largo y ancho, y tiene un esqueleto de gel con dos aletas. Aunque su velocidad máxima es modesta, el equipo considera que la arquitectura delgada podría abrir nuevas vías para construir robots biohíbridos más simples y explorar entornos acuáticos delicados.

La luz controla el movimiento de las aletas

La estructura del aquabot consiste en una película de gel que forma dos mitades o aletas, cada una recubierta con una capa de células musculares vivas, mucho más delgada que un cabello. Los investigadores modificaron genéticamente esas células para que se contraigan como respuesta a la luz, de modo que un destello dirigido a una de las aletas active el movimiento de su superficie.

La contracción celular hace que la aleta se agite con fuerza suficiente para arrastrar el robot por el agua. Al iluminar una u otra mitad en intervalos distintos, el equipo puede dirigir el dispositivo y modificar su velocidad; cuando recibe luz una sola aleta, solo esa parte se mueve, mientras que iluminar ambas activa las dos.

Para probar la navegación, los investigadores sumergieron el robot en un gran plato de Petri con agua y movieron manualmente una fuente de luz sobre él. El dispositivo siguió el estímulo luminoso y agitó sus aletas para avanzar y girar por un laberinto sencillo colocado dentro del recipiente, una demostración de control básico de su trayectoria.

A su máxima velocidad, el robot puede recorrer una distancia equivalente a unas cuatro veces la longitud de su cuerpo en un minuto. La cifra queda muy por debajo del ritmo de nadadores olímpicos, que pueden cubrir hasta 65 longitudes corporales por minuto, aunque el equipo comparó su paso con el de un nadador más pausado, el tiburón peregrino, que explora el océano a un ritmo similar.

El diseño del gel ayudó a fortalecer el tejido

El proyecto se apoya en una investigación anterior del grupo de Ritu Raman, profesora asociada de ingeniería mecánica del MIT. En ese trabajo, el equipo creó un disco de gel con surcos concéntricos y radiales, sobre cuya superficie cultivó una capa delgada de células musculares; al estimularlas con luz, el tejido estiraba y comprimía el disco en distintas direcciones.

Ese experimento mostró que las células musculares podían crecer en una capa fina y seguir patrones complejos de movimiento controlables, pero sus desplazamientos apenas llegaban a unos 100 micrones. Raman explicó que, desde la perspectiva de la robótica, esos movimientos eran pequeños, por lo que el nuevo estudio se concentró en obtener contracciones capaces de producir más fuerza y propulsar un nadador.

El equipo concluyó que el material que sirve de soporte a las células era clave para aumentar su rendimiento. En el diseño previo habían utilizado fibrina, un gel muy blando que puede encogerse rápidamente cuando los músculos ejercen fuerza; para mejorar el soporte, probaron distintas composiciones, rigideces y geometrías de surcos en el esqueleto del robot.

Los investigadores observaron que las células se alineaban mejor en surcos de fondo cuadrado que en canales curvos, una disposición que favorece su fusión en fibras y la formación de tejido muscular coordinado. También probaron gelatina metacrilada, conocida como GelMA y utilizada en ingeniería de tejidos, y encontraron que las células crecían con mejor alineación y generaban mayor fuerza sobre las versiones más rígidas del material.

Una película ligera y músculos entrenados

Además de ajustar la composición y rigidez del gel, los investigadores variaron el grosor de la película que sostiene las células. Hallaron que una lámina de GelMA de medio milímetro ofrecía soporte suficiente para una sola capa muscular y, a la vez, era lo bastante liviana para que las células permanecieran adheridas cuando se contraían.

El grupo también sometió las células a una rutina de entrenamiento con destellos de luz para fortalecerlas antes de incorporarlas al robot. Con el tejido ejercitado y el soporte optimizado, diseñó una estructura de dos aletas con surcos de fondo cuadrado en ambos lados y una cobertura de células que se fusionaron en fibras musculares alineadas.

Raman describió el dispositivo como si tuviera dos músculos independientes: al iluminar uno, solo esa aleta se mueve, y al iluminar los dos, ambas se agitan. Esa separación funcional permitió al equipo controlar el rumbo con la luz, aunque la demostración todavía requirió que una persona moviera manualmente la fuente luminosa por encima del recipiente.

El trabajo, publicado en la revista Advanced Functional Materials, fue realizado por Maheera Bawa, autora principal, junto con Arielle Berman, Laura Schwendeman, Ferdows Afghah y Seanbiron Johnson, bajo la dirección de Raman. La investigación recibió apoyo parcial de la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos, según el reporte de MIT News.

Una posible vía hacia robots para entornos delicados

Raman señaló que muchos robots biohíbridos desarrollados por su grupo y otros equipos se construyen con bloques tridimensionales y voluminosos de músculo esquelético cultivado en laboratorio, que requieren millones de células. Un diseño más delgado y menos voluminoso, como este prototipo, podría resultar más barato de fabricar y moverse de manera más eficiente, aunque el estudio no presenta todavía una aplicación comercial ni una misión de monitoreo en operación.

La investigadora plantea que los sistemas impulsados por músculo vivo podrían llegar a realizar tareas delicadas en entornos demasiado frágiles o impredecibles para el hardware convencional. Su argumento se basa en que el tejido vivo es blando, responde a su entorno y puede autocurarse, propiedades que el equipo considera prometedoras para futuros robots biohíbridos, pero que no equivalen a capacidades ya demostradas en este dispositivo.

Por ahora, el robot tiene una forma básica y la prueba se limitó a desplazarse y girar en un laberinto acuático sencillo. El siguiente objetivo del equipo es optimizar el diseño del cuerpo para lograr una natación más rápida, según Raman, quien también mencionó el monitoreo ambiental en entornos acuáticos como un posible uso futuro incluso si el desplazamiento continúa siendo lento.

El resultado central de la investigación no es la velocidad, sino la demostración de que una sola capa de células musculares puede impulsar un robot bidimensional y delgado cuando crece sobre un soporte cuidadosamente diseñado. La combinación de materiales, fibras alineadas y estimulación luminosa ofrece al equipo una plataforma para estudiar cómo traducir contracciones biológicas en movimiento controlable, mientras quedan pendientes mejoras de velocidad y pruebas en escenarios más exigentes.

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