Robots biohíbridos nadadores de autoentrenamiento: avanzando la robótica blanda adaptativa

Los roboticistas buscan imitar lo que las entidades biológicas naturales han logrado — acciones como moverse, adaptarse al entorno o detectar. Más allá de los robots rígidos tradicionales, el campo de la robótica blanda ha surgido recientemente usando materiales flexibles y conformables capaces de adaptarse a su entorno más eficientemente que los rígidos. Con este objetivo en mente, los científicos han estado trabajando en el campo de los robots biohíbridos o biobots. Estos generalmente están compuestos por tejido muscular, ya sea cardíaco o esquelético, y un andamiaje artificial que puede lograr gateo, agarre o nado. Desafortunadamente, los biobots actuales no pueden emular el rendimiento de las entidades naturales en términos de movilidad y fuerza.

Los investigadores han superado ambos desafíos usando herramientas de bioingeniería. Aplicaron bioprinting 3D y diseño de ingeniería para el desarrollo de biobots en el rango centimétrico que pueden nadar y deslizarse como peces con velocidades sin precedentes. La clave es el uso de la contracción espontánea de materiales basados en células musculares con un esqueleto muy conforme.

En lugar de trabajar con andamiajes rígidos o atados para preparar robots artificiales, los investigadores usaron robots biológicos basados en un resorte serpenteante flexible hecho de un polímero llamado PDMS, que fue diseñado y optimizado vía simulaciones e impreso usando tecnología de impresión 3D. La ventaja de este andamiaje innovador radica en el entrenamiento y desarrollo mejorado del tejido a través de autoestimulación mecánica tras contracciones espontáneas, lo que crea un bucle de retroalimentación debido a la fuerza restauradora del resorte. Este evento de autoentrenamiento conduce a una actuación mejorada y mayor fuerza de contracción. Tales resortes serpenteantes no se habían incluido antes en un sistema vivo de robótica blanda. Además de la capacidad de autoentrenarse, los nadadores biohíbridos basados en células musculares esqueléticas se movieron a velocidades 791 veces más rápidas que los biobots actuales basados en músculo esquelético y eran comparables con otros bioswimmers basados en cardiomiocitos (basados en células cardíacas).

Los nuevos biobots también pudieron realizar otros movimientos. Pudieron deslizarse cuando se colocaron cerca de la superficie inferior, asemejándose al estilo de nado de ciertos peces caracterizado por ráfagas esporádicas seguidas de fases de deslizamiento.

El trabajo también tiene aplicaciones en administración de fármacos y desarrollo de prótesis biónicas.