Inspirándose en la biología y el estante de juguetes, los investigadores de la Facultad de Ingeniería Thayer en el Dartmouth College y la Universidad de la Ciudad de Hong Kong han desarrollado un robot de natación con un motor celular controlado por luz que puede llevar a cabo una entrega de fármacos altamente dirigida.
Los investigadores combinaron ingeniería de tejido cardíaco, una estructura de ala impresa en 3D y un gel sensible a la luz para producir el robot blando con capacidad de inicio-parada. El dispositivo conmutable transforma su forma cuando se expone a la luz infrarroja cercana que penetra en la piel, causandoconducir y frenar a través de entornos fluidos como el torrente sanguíneo humano.
El dispositivo transformable mejora dramáticamente la utilidad de los robots diseñados para trabajar dentro del cuerpo humano y otros entornos de trabajo no convencionales.
El equipo de investigación de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong produjo el diseño original del robot y realizó las pruebas experimentales. El equipo de Dartmouth realizó un análisis mecánico y numérico en el dispositivo y sugirió cambios en los elementos de diseño como el tamaño y la forma.
"Con esta tecnología podemos crear robots suaves y transformables con una maniobrabilidad sin precedentes", dijo Zi Chen, profesor asistente de ingeniería en Thayer. "Nuestra inspiración vino de los juguetes transformables que tienen diferentes configuraciones y funcionalidades. El resultado no es un juguete, esliteralmente puede cambiar la vida de las personas "
Los organismos vivos son capaces de cambiar de forma para realizar acciones específicas. Un erizo se enrosca en una pelota para defenderse. Las aves extienden sus alas para volar. Las plantas carnívoras como la Venus atrapamoscas se abren y cierran. El nuevo estudio es parte de un largoesfuerzo a largo plazo para desarrollar robots que imiten este comportamiento de cambio de forma que se encuentra en la naturaleza.
Para ser efectivos, la nueva generación de robots debe ser energéticamente eficiente y debe ser capaz de responder a diferentes tipos de estímulos, como la luz o el calor.
Si bien ya existen ejemplos de este tipo de robots, los investigadores han tenido problemas para crear un dispositivo que transforme su forma con fluidez para permitirle comenzar y dejar de moverse según la demanda. La mayoría de los sistemas existentes también dependen de variaciones de temperatura que son difíciles de estimular en elcuerpo humano debido a su temperatura casi constante.
"La capacidad de controlar el movimiento del robot usando la luz crea un dispositivo mucho más funcional que se puede operar con alta precisión", dijo Xiaomin Han, un recién graduado de doctorado del Laboratorio de Investigación Chen en Thayer.
El robot teledirigido es impulsado por una aleta caudal que imita la acción de natación de las ballenas. La estructura se imprimió en 3D en forma de ala de avión y luego se cubrió con células del músculo cardíaco. De la misma manera que los cardiomiocitos causan el corazónpara vencer continuamente, también impulsan este dispositivo biohíbrido a través de una acción ondulante constante.
Para controlar el movimiento del robot, los investigadores aplicaron hidrogeles fotosensibles a las alas. En ausencia de luz, las alas se despliegan, permitiendo que las células del corazón lo impulsen hacia adelante. Cuando se expone a la luz, el avión flotante retrae sus alas, causandopara que pare
"Los músculos del corazón siguen agitándose, pero no pueden superar el poder de frenado de las alas", dijo Chen. "Es como presionar el pedal del acelerador con el freno de emergencia activado".
La alta sensibilidad del robot a la luz infrarroja cercana crea una tasa de respuesta que permite una transformación casi inmediata de la forma del ala, lo que permite que sea altamente maniobrable. En el estudio, los investigadores utilizaron la "capacidad de control y capacidad de respuesta sin precedentes" del plano flotanterobot como transportista de carga para llevar a cabo la entrega de medicamentos dirigidos contra células cancerosas
"Literalmente lanzamos bombas de drogas sobre las células cancerosas", dijo Chen. "La realización del concepto transformable allana el camino para el desarrollo potencial de los sistemas robóticos biohíbridos inteligentes de próxima generación".
El robot biohíbrido se puede producir en una variedad de tamaños que van desde varios milímetros hasta docenas de centímetros. Tal escalabilidad le da una buena flexibilidad para asumir tareas relacionadas con la navegación y la vigilancia en entornos difíciles.
Un estudio que describe la investigación apareció por primera vez en la revista académica pequeño a fines de marzo
En el estudio actual, los investigadores controlan el movimiento de inicio-parada de todo el robot a través del uso de la luz. Las investigaciones futuras utilizarán la luz para apuntar alas separadas en el robot para que pueda ser dirigido con aún más precisión.
Esta investigación fue producida con Peng Shi y Bingzhe Xu de la Universidad de la Ciudad de Hong Kong. Yuwei Hu y Chia-Hung Chen de la Universidad Nacional de Singapur y Yiming Luo de la Universidad de Tecnología de Hubei también contribuyeron al estudio.
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Materiales proporcionados por Dartmouth College . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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