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Los biorobots: músculos potenciados por un corazón de ratón o por impulsos eléctricos

10/07/2014 04:50 0 Comentarios Lectura: ( palabras)

Una nueva tecnología tamaño “nano” permite a los robots milimétricos tener acceso a los más recóndito de nuestro organismo para curarlo o hacer que los fármacos lleguen a su destino

Ingenieron de la Universidad de Illinois mostraron una especie de biobots que se desplazan impulasados por células musculares y que son controlados con impulsos eléctricos, lo que permite un excelente control de sus movimientos.

"La acción biológica impulsada por células es una necesidad fundamental en cualquier tipo de máquina biológica que queramos construir", dijo el jefe del estudio, Rashid Bashir, el profesor Abel Bliss, y el jefe de bioingeniería de la Universidad de Illinois.

Los biorobots miden menos de un centímetro; están hechos de un hidrogel flexible y de células vivas, todo impreso en 3D. Estos minibots son potenciados por un grupo de células de músculo esquelético que se activan mediante impulso eléctrico. Esto brinda a los investigadores una forma sencilla de controlarlos y se les puede personalizar para aplicaciones específicas.

El diseño está inspirado en el sistema músculo-tendón-hueso que se encuentra en los vertebrados.

Se trata de una banda de hidrogel impresa en 3D, lo suficientemente resistente como para otorgarle una estructura firme al biobot, pero a la vez tan flexible como para doblarse como una articulación.

Dos pilares sirven para anclar una tira de músculo a la estructura base, a la manera de tendones que unen los músculos al hueso; pero al mismo tiempo, estos  pilares actúan como pies del biobot.

La velocidad de desplazamiento del robot puede  controlarse mediante el ajuste de la frecuencia de los pulsos eléctricos. Una frecuencia más alta hace que el músculo se contraiga más rápidamente, y permita acelerar el desplazamiento del biobot.

Este trabajo representa un importante primer paso en el desarrollo y control de máquinas biológicas, las que pueden ser estimuladas, entrenadas, o programadas para realizar tareas.

Este sistema podría llegar a convertirse en una generación de máquinas biológicas que ayuden a transportar medicamentos, realizar microcirugía robótica, aplicar implantes "inteligentes", o servir de analizadores móviles de ambientes, entre otras aplicaciones.

Los investigadores trabajan actualmente en obtener un mejor control del movimiento de los biobots e investigan una eventual integración con las neuronas.

Gracias a la impresión en 3D, los ingenieros pueden ensayar en poco tiempo, diferentes formas y diseños.

"Nuestra meta es que estos dispositivos puedan  utilizarse como sensores autónomos. Queremos que detecten una sustancia química específica y se dirijan hacia ella, para luego liberar agentes que neutralicen una toxina, por ejemplo. Tener el control de la acción es un gran paso hacia el logro de este objetivo.”, dijo Ritu Raman, coautor de esta investigación

Bio-robots con corazón de rata: donde la ficción sobrepasa con mucho a la realidad hasta ahora factible

Otro equipo de científicos está desarrollando una especie de bio-robots muy pequeños que son impulsados con células musculares del corazón de rata y ayudarán en un futuro a proteger nuestra salud.

    

Los expertos han dado un paso importante en la creación de esta tecnología y consideran que el dispositivo será capaz de llegar a los rincones más recónditos del cuerpo humano para neutralizar las enfermedades, donde no hay posibilidad que llegue el fármaco.

El diminuto aparato se compone de un hidrogel flexible que usa tecnología de impresión en 3D. El robot, de 7 milímetros, tiene una base rectangular y una extremidad alargada y elástica en la que se implantan células vivas de rata.

"Nuestro objetivo es enseñar a los bio-robots a moverse en un medio con un gradiente químico. De este modo ellos podrán llegar hasta el lugar de la intoxicación y aplicar el fármaco para su tratamiento”, explicó el director de la investigación, Rashid Bashir. Asimismo, informó que están buscando la manera de utilizar estos dispositivos como sensores para que viajen a través del cuerpo y lleven a cabo un análisis químico.

Otra cosa son las fibras hechas de nylon de pescar que aventajan el poder de cualquier atleta

Sin embargo, el dispositivo presentado hasta ahora no es capaz de hacer frente a estas tareas. Los bio-robots son todavía de un tamaño demasiado grande para viajar por el interior del cuerpo humano y su velocidad máxima es de sólo 14 milímetros por minuto. Pero los investigadores ya están trabajando en el desarrollo técnico y de diseño para crear robots de un milímetro.

Esta no es la primera vez que los científicos usan células vivas con un robot. Recientemente otro grupo de investigadores diseñó un pequeño robot- medusa a partir de silicona y células musculares de ratas que podría sentar la base para crear un marcapasos sin baterías.

Fibras musculares

Las fibras son cien veces superiores en resistencia a lo que le permiten los músculos más entrenados. Eso es lo que podría conseguir si les trasplantaran las fibras musculares artificiales que han desarrollado los equipos internacionales de investigadores

El grupo de Carter Haines se ha inspirado en materiales tan sencillos como el sedal o los hilos de costura para fabricar un material de alta resistencia que podría revolucionar numerosos campos: desde la medicina (robótica y ortopedia) a la fabricación de nuevos tejidos inteligentes (ropa más fresca y cálida según la temperatura) a la construcción.

En la revista «Science» detallan cómo basta enrollar sin parar fibras de polietileno de alta resistencia, como el hilo de pescar, para transformarlos en músculos artificiales eficientes. Esta torsión extrema les permite funcionar como músculos de torsión que pueden levantar cargas cien veces más pesadas que los músculos humanos de la misma longitud y peso, según los investigadores. También podrían generar un centenar de veces más energía mecánica por longitud y peso que los músculos humanos, aproximadamente la misma potencia mecánica que un motor a reacción.

Se activan con la temperatura

Esas fibras de polímero retorcidas al máximo tienen además otra ventaja y es que pueden activarse con cambios de temperatura. Se puede contraer de manera espectacular cuando se calienta y vuelve a su longitud inicial cuando se enfría. Si se enrosca en una dirección diferente a la del giro inicial de la fibra de polímero, los músculos se expanden cuando se calientan.

En comparación con los músculos naturales, que se contraen sólo un 20%, estos nuevos músculos pueden contraerse en aproximadamente un 50 por ciento de su longitud.

Robots más ágiles y fuertes con fibras musculares harían nuevos superman que el cine lo ha visto

Las oportunidades de aplicación de estos músculos de polímeros son enormes, asegura Ray Baughman, director del Instituto de Nanotecnología de la Universidad de Texas. «Los robots más avanzados o humanoides, las prótesis y los exoesqueletos portátiles están limitados por los motores y los sistemas hidráulicos, cuyo tamaño y peso restringen la destreza, la generación de la fuerza y la capacidad de trabajo y las nuevas fibras musculares podrían cambiar esta situación», explica Baughman.

Retorcer un conjunto de sedales de pesca de polietileno, cuyo diámetro total es sólo alrededor 10 veces más grande que un cabello humano, da lugar a un músculo de polímero enrollado que puede levantar 7, 2 kilogramos.

Manejados en paralelo, de forma similar a como se configuran los músculos naturales, un centenar de estos músculos de polímeros podrían levantar alrededor de 0, 8 toneladas, según calcula Baughman.

En el extremo opuesto, los músculos de polímeros enrollados que funcionan de manera independiente, que tienen un diámetro menor que un cabello humano, podrían producir expresiones faciales humanas para humanizar los futuros robots de compañía para personas mayores. También podrían ayudar a construir nuevos brazos robóticos con sentido del tacto, entre otras muchas aplicaciones.

Ropa y materiales "inteligente" que se adaptena la temperatura corporal

Otra aplicación interesante será la creación de nuevos tejidos textiles para diseñar ropa que se adapte a la temperatura. Este tejido tendría polímeros cuyos poros se abran y cierran con los cambios de temperatura que permiten a su propietario estar fresco o caliente, según las condiciones meteorológicas o su temperatura corporal.

En aplicación industrial podrían crearse nuevos materiales para abrir y cerrar automáticamente las ventanas de los invernaderos o edificios en respuesta a cambios de temperatura ambiente. Así se eliminaría la necesidad de utilizar electricidad o motores ruidosos y costosos.


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Reportaje
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