Por Canuto  

Ingenieros del MIT construyeron un robot biohíbrido ultradelgado que usa células musculares sensibles a la luz para nadar y maniobrar. El prototipo cruzó un laberinto acuático sencillo y ofrece una alternativa de diseño menos voluminosa, aunque todavía se mueve despacio.
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  • El aquabot combina una película de gel de medio milímetro con dos aletas recubiertas por una capa de células musculares vivas.
  • Destellos de luz activan las células y permiten controlar el aleteo, la dirección y la velocidad del robot.
  • Su velocidad máxima equivale a unas cuatro longitudes corporales por minuto, un avance experimental, pero todavía lento frente a nadadores olímpicos.

Un robot de músculo vivo logra nadar y girar en un laberinto acuático

Un equipo de ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) desarrolló un robot biohíbrido tan delgado como una hoja de papel, capaz de nadar y cambiar de dirección mediante la contracción de células musculares vivas. El dispositivo, bautizado aquabot, respondió a destellos de luz mientras avanzaba por un laberinto acuático sencillo, una demostración de que una capa muscular muy fina puede generar fuerza suficiente para mover una estructura pequeña.

El prototipo no busca competir con nadadores rápidos ni ofrece todavía una plataforma lista para aplicaciones prácticas. Su aporte, según el equipo, está en probar una arquitectura bidimensional y menos voluminosa que la de otros robots biohíbridos basados en bloques de músculo cultivado, una diferencia que podría facilitar la fabricación de máquinas más pequeñas y eficientes.

Un nadador dirigido por destellos

El aquabot tiene un esqueleto de película de gel, aproximadamente del largo y el ancho de una barra de chicle, dividido en dos mitades que actúan como aletas. Cada una lleva sobre su superficie una capa de células musculares vivas, más delgada que un cabello, modificadas genéticamente para contraerse cuando reciben luz. Al iluminar una aleta, el equipo provoca que las células se contraigan y hagan aletear esa parte del robot, con fuerza suficiente para impulsarlo por el agua.

La iluminación también funciona como mecanismo de dirección: al enviar destellos sobre una aleta u otra, y variar los intervalos, los investigadores pueden influir en el rumbo y la velocidad. En la demostración, sumergieron el dispositivo en una placa de Petri y movieron manualmente una fuente luminosa sobre él; el robot siguió el estímulo mientras sorteaba los obstáculos dispuestos como un laberinto.

La velocidad máxima reportada fue de alrededor de cuatro longitudes corporales por minuto. El MIT contrastó ese ritmo con el de nadadores olímpicos, que pueden cubrir hasta 65 longitudes corporales en un minuto, y señaló que el aquabot se desplaza a una velocidad parecida a la de un tiburón peregrino cuando explora el océano.

La comparación ayuda a dimensionar el resultado, pero no convierte al robot en un nadador veloz: la prueba demuestra locomoción, no rendimiento competitivo. Ritu Raman, profesora asociada de ingeniería mecánica del MIT y autora del estudio, destacó que moverse en agua exige más fuerza que hacerlo en aire y consideró que el dispositivo es fuerte para su tamaño.

El diseño del gel define la fuerza

El trabajo parte de una investigación previa del grupo de Raman, que desarrolló un disco de tejido muscular artificial inspirado en el iris del ojo. En aquel diseño, las células crecían sobre un gel marcado con surcos concéntricos y radiales; al recibir luz, generaban movimientos en varias direcciones, aunque de apenas unos 100 micrones, demasiado pequeños para impulsar un robot nadador.

Para aumentar el movimiento y producir más fuerza, los investigadores se concentraron en el soporte donde crecen las células. Evaluaron la composición y rigidez del gel, además del tamaño y la geometría de sus surcos, porque esos elementos podían influir en la organización del tejido y en la capacidad de las células para contraerse de forma coordinada.

El equipo observó que las células se alineaban mejor en surcos de fondo cuadrado que en canales curvos. Esa alineación favorece que se fusionen en fibras y formen un tejido muscular más coordinado, por lo que los investigadores eligieron la geometría cuadrada para construir el nuevo prototipo.

También reemplazaron la fibrina, un gel ultrablando usado en el diseño anterior, por metacrilato de gelatina, conocido como GelMA y empleado en ingeniería de tejidos. Las pruebas indicaron que las células crecían con mejor alineación y generaban más fuerza sobre versiones rígidas de ese material; además, una película de medio milímetro ofrecía soporte sin impedir que las células se adhirieran al contraerse.

De una capa celular a dos aletas

Una vez ajustado el soporte, los investigadores fortalecieron las células con una rutina de destellos de luz que describen como un entrenamiento. Después fabricaron un robot de dos aletas con gel acanalado en ambas caras y una capa de células musculares sobre cada lado. Las células se fusionaron en fibras alineadas, que terminaron formando el tejido necesario para accionar el dispositivo.

Raman explicó que cada aleta funciona como un músculo independiente: iluminar solo una activa su movimiento, mientras que dirigir luz a las dos provoca que ambas aleteen. Esa configuración permitió controlar la locomoción con estímulos externos sin incorporar, en la demostración, un mecanismo convencional de propulsión.

El resultado constituye, según el equipo, el primer ejemplo de un robot bidimensional muy delgado impulsado por músculo y capaz de desplazarse. Raman señaló que muchos robots biohíbridos desarrollados por su grupo y otros laboratorios emplean piezas tridimensionales y voluminosas de músculo esquelético cultivado, que pueden requerir millones de células para fabricarse.

El nuevo enfoque reduce la escala de la estructura muscular utilizada en el prototipo, pero la investigación no cuantifica el costo de fabricación ni demuestra que el sistema ya sea más barato. La posibilidad de producir robots menos voluminosos y de moverlos con mayor eficiencia aparece como una expectativa del equipo, no como una ventaja comercial comprobada.

Posibles usos y próximos pasos

Raman plantea que los robots biohíbridos podrían llegar a realizar tareas delicadas en entornos demasiado frágiles o impredecibles para ciertos equipos convencionales. La investigadora atribuye esa posibilidad a características del tejido vivo: es blando, responde al entorno y puede curarse a sí mismo, aunque el estudio actual no probó esas capacidades en una misión de exploración.

Entre los usos imaginados para el nadador figura el monitoreo ambiental en entornos acuáticos. Por ahora, el robot solo completó una prueba de navegación en un laberinto sencillo y con una fuente de luz que los investigadores dirigieron manualmente, de modo que no se demostró autonomía ni operación prolongada en condiciones reales.

El próximo objetivo declarado por Raman es optimizar la forma del cuerpo para permitir una natación más rápida. El diseño actual es básico porque el equipo buscó primero comprobar que la fuerza muscular podía impulsar el dispositivo, una etapa necesaria antes de estudiar mejoras de velocidad o posibles tareas de campo.

El estudio, titulado “2D skeletal muscle thin film actuators enhance efficiency of biohybrid robots”, se publicó en la revista Advanced Functional Materials. Además de Raman y de la autora principal Maheera Bawa, participaron Arielle Berman, Laura Schwendeman, Ferdows Afghah y Seanbiron Johnson; la investigación recibió apoyo parcial de la Oficina de Investigación Naval de Estados Unidos.


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