El desarrollo de los robots biológicos continúa su camino inexorable. Cada vez van incorporando más funciones y semejanzas propias a los seres humanos. De seguir así pronto nos costará reconocer si a quien tenemos delante es una persona o una máquina. No en vano, estos modelos ya andan, ven, escuchan y piensan; en algunos casos esto es más de lo que se podría decir de algunas personas. Banalidades aparte, lo cierto es que ahora han incorporado una nueva función: el control remoto. Así, los llamados “eBiobots” híbridos se han convertido en los primeros en combinar materiales blandos, músculo vivo y microelectrónica, según afirman los investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, la Universidad Northwestern e instituciones colaboradoras.
Este equipo de investigadores publicaron los pormenores de sus máquinas biológicas a escala centimétrica en la revista especializada Science Robotics. “La integración de la microelectrónica permite la fusión del mundo biológico y el mundo de la electrónica, ambos con muchas ventajas propias, para producir ahora estos biobots electrónicos y máquinas que podrían ser útiles para muchas aplicaciones médicas, de detección y ambientales en el futuro”, afirma el estudio coliderado por Rashid Bashir , profesor de bioingeniería de Illinois y decano de la Facultad de Ingeniería de Grainger . Su equipo de trabajo se ha convertido en pionero en la implementación de ha sido pionero en el impulso de estos biobots, que podríamos describir como pequeños robots biológicos conformados por tejido muscular procedente de ratones que crece en un esqueleto de polímero suave impreso en 3D.
El equipo de Rogers ayudó a poder integrar microelectrónica inalámbrica diminuta y micro-LED sin batería, lo que les proporcionó la posibilidad de controlar remotamente los eBiobots
Los investigadores ya presentaron en 2012 modelos de biobots capaces de andar y, posteriormente, en 2016 aplicaron la posibilidad de activarlos por luz. Este último hallazgo aportó a los investigadores una senda de trabajo en la línea de dotarlos de un cierto control, pero existían limitaciones como el traslado de esos pulsos de luz a los biobots fuera de un entorno de laboratorio. Para responder a esta limitación, emergió la figura del profesor de la Universidad de Northwestern, John A. Rogers , un visionario experto en bioelectrónica flexible. El equipo de Rogers ayudó a poder integrar microelectrónica inalámbrica diminuta y micro-LED sin batería, lo que les proporcionó la posibilidad de controlar remotamente los eBiobots.
De este modo, al complementar la tecnología con estos componentes biológicos se abrió la puerta a un amplio campo de investigación futura en diferentes aplicaciones para estos robots. “Esta combinación inusual de tecnología y biología abre grandes oportunidades en la creación de sistemas de ingeniería de autorreparación, aprendizaje, evolución, comunicación y autoorganización. Creemos que es un terreno muy fértil para futuras investigaciones con aplicaciones potenciales específicas en biomedicina y monitoreo ambiental”, avanzó el profesor Rogers, facultativo de ciencia e ingeniería de materiales, ingeniería biomédica y cirugía neurológica en la Universidad Northwestern y director del Instituto Querrey Simpson de Bioelectrónica.
Se concretó un sistema de alimentación optimizado en el que “los eBiobots usan una bobina receptora para recolectar energía y proporcionar un voltaje de salida regulado para alimentar los micro-LED
En este punto, los investigadores optaron por trabajar en la reducción de los componentes más voluminosos para aligerar peso y dotar a las máquinas de un aspecto más liviano. Por ello, se propusieron desechar las voluminosas baterías los cables de conexión para así proporcionar a los biobots mayor libertad de movimiento, algo esencial para utilizarlos en cualquiera de sus futuras aplicaciones prácticas. Con ello, se concretó un sistema de alimentación optimizado en el que “los eBiobots usan una bobina receptora para recolectar energía y proporcionar un voltaje de salida regulado para alimentar los micro-LED”, según describió el coautor de la investigación y profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Houston, Zhengwei Li.
Una vez desarrollados los sistemas de alimentación de energía de estas máquinas, los investigadores podían ya controlar los modelos a través del envío de señales inalámbricas a los eBiobots. Estas señales inalámbricas producen que los micro-LED parpadeen y, a su vez, que estimulen el músculo fotosensible para que desarrolle contracciones, moviendo las terminaciones del polímero para que los robots "caminen". De este modo, los micro-LED presentan tal alto grado de enfoque que permiten activar partes concretas del músculo y logrando que el eBiobot rote en cualquier dirección. Así, han logrado un control a distancia de los movimientos de estos robots, lo cual supone un paso más en las características y mejoras que se han logrado añadir a estas máquinas biológicas.
Entre las nuevas posibilidades que implicaría en los eBiobots la integración de neuronas biológicas o sensores electrónicos, encontramos, por ejemplo, la detección y respuesta ante los agentes y sustancias toxinas presentes en el entorno
En la parte más visible y de estructura exterior, el equipo de investigadores ha venido trabajando con modelos informáticos especializados que han permitido optimizar el diseño de los eBiobot, a la vez que han facilitado la integración de componentes destinados a alcanzar una mayor robustez, velocidad y maniobrabilidad. En esta faceta, el responsable ha sido el profesor de ciencias mecánicas e ingeniería de Illinois, Mattia Gazzola, quien se encargó de dirigir todo el proceso de la simulación y el diseño de estas máquinas. Algo que resultó de vital importancia fue el diseño iterativo y la impresión 3D aditiva de los andamios, pues gracias a ellos se “alcanzaron ciclos más ágiles y rápidos de experimentos y mejoras en el rendimiento”, aclararon Gazzola y el coautor Xiaotian Zhang, investigador del laboratorio de Gazzola.
Este proyecto de eBiobot ha sido un importante avance, pero servirá también para continuar hacia adelante en nuevas mejoras, no en vano, el actual diseño permite la posibilidad de una integración más adelante de más componentes de microelectrónica adicional, como podrían ser: “sensores químicos, sensores biológicos, nuevas piezas de andamiaje impresas en 3D con el fin de habilitar movimientos como el empuje o el transporte de objetos, entre otros”, afirmó el coautor Youngdeok Kim, estudiante de posgrado en Illinois durante la ejecución de este trabajo. Entre las nuevas posibilidades que implicaría en los eBiobots la integración de neuronas biológicas o sensores electrónicos, encontramos, por ejemplo, la detección y respuesta ante los agentes y sustancias toxinas presentes en el entorno, la detección de biomarcadores para la detección precoz de enfermedades, así como una serie de innumerables posibilidades que están por ver en los próximos años.