Los microbots que cambiarán la medicina: crean unos robots submilimétricos que pueden sentir, 'pensar' y actuar solos

Para administrar medicamentos o vigilar una enfermedad desde dentro del cuerpo sin pinchazos, los robots más diminutos se presentan como la alternativa a tratamientos más invasivos.

La microrobótica augura un futuro en el que robots minúsculos se desplazan de forma autónoma por el cuerpo humano con la función de reparar zonas dañadas, aunque para ello queden aún muchos avances.

Investigadores de la Universidad de Pensilvania y la Universidad de Michigan se han propuesto erradicar los principales obstáculos que siguen frenando esta rama de la robótica.

Estos dispositivos dependen en gran medida de equipos externos para ejecutar tareas, sobre todo a la hora de tomar decisiones. Por lo general, no responden a su entorno y abarcan un número limitado de comportamientos rígidos de los que reciben órdenes.

Afirman haberlo conseguido al construir un robot de menos de un milímetro capaz de sentir, pensar y actuar de forma autónoma.

Sus resultados, publicados en la revista Science Robotics, abren el camino a futuros microrrobots genéricos que puedan programarse una y otra vez con diferentes tareas, cuya fabricación y configuración sea simple y rápida, y puedan trabajar juntos para realizar tareas sin supervisión en entornos inciertos.

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Por muy avanzada que está actualmente la tecnología, la reducción del tamaño de los robots a dimensiones submilimétricas se encuentra limitada por los componentes necesarios para el almacenamiento de energía y la transferencia de potencia, entre otros.

En los últimos años se han visto muchos modelos submilimétricos de formas tan variadas como la de un crustáceo, pero esta tecnología aún presenta muchas limitaciones.

Los investigadores tras este nuevo robot denuncian que los especialistas en robótica sortean con frecuencia barreras para alcanzar la microescala controlando externamente la locomoción a través de hardware periférico. Esto supone sacrificar la programabilidad, la detección y la autonomía en el proceso.

Del tamaño de un paramecio

Los investigadores indican en su estudio que fabricaron un robot comparable en tamaño a un paramecio unicelular, capaz de sentir, pensar y actuar utilizando sistemas integrados para la computación, la detección, la memoria, la locomoción y la comunicación.

El avance clave fue transferir la potencia computacional directamente al cuerpo del robot usando las mismas técnicas de fabricación de los semiconductores que utilizan para fabricar los procesadores de un ordenador o un móvil, pero adaptados para que todo funcione con una potencia muy baja (del orden de 100 nanovatios).

Microbots desarrollados por la Universidad de Pensilvania y Michigan Science Robotics Omicrono

Es lo que se conoce como un Semiconductor Complementario de Óxido Metálico (CMOS) y los robots se fabrican en paralelo mediante un proceso litográfico completo.

Cada robot mide entre 210 y 270 micrómetros de ancho, y todos sus sistemas están estrechamente integrados. Estos incluyen células fotovoltaicas integradas que captan la luz de LED externos para alimentar el sistema, un procesador, sensores de temperatura y actuadores de movimiento.

La programación se realiza mediante luz: una LED alimenta las celdas solares del robot, mientras otra envía las instrucciones como una secuencia de destellos que ejercen de bits.

En este último caso, el receptor óptico interpreta y guarda en la memoria el robot, usando un "código de acceso" para evitar errores aleatorios con otras luces.

Los robots se mueven sumergidos en un líquido usando cuatro electrodos de platino. Al aplicar pequeñas diferencias de voltaje entre estos electrodos, se genera un campo eléctrico que arrastra los iones del líquido y, con ellos, el propio robot (propulsión electrocinética).​

Escala del tamaño del microbot creado por la Universidad de Pensilvania y de Michigan Science Robotics Omicrono

Con distintas combinaciones de polaridad en los cuatro electrodos obtienen 14 estados de movimiento: traslaciones, giros y trayectorias en arco.​Sus velocidades pueden variar entre 3 y 5 micrómetros por segundo al desplazarse o entre 0,1 y 0,3 grados por segundo al girar, suficientes para seguir trayectorias programadas en un espacio microscópico.

Además, el sensor integrado mide la temperatura con alta resolución con un margen de 0,3 ºC en un volumen menor de 1 milímetro cuadrado.

Prueba de temperatura

¿Cómo se demuestra que un robot de estas dimensiones siente, piensa y actúa por sí solo? El equipo colocó los robots en una placa de laboratorio llena de líquido, con un extremo frío y el otro caliente. Para alimentar sus células fotovoltaicas de forma constante, lo iluminaron.

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El robot se programó para detectar la temperatura y, si esta se reducía, ejecutar un movimiento de arco para buscar un fluido más caliente. El robot se desplaza sobre la superficie de la placa de Petri y alterna movimientos en arco con giros para mantener su rumbo en busca de la temperatura óptima.

El gradiente térmico se genera con una bomba Peltier colocada debajo de la placa de Petri.

Si la temperatura ascendía, el robot giraba sobre sí mismo para permanecer en el punto cálido. En total, realizaron 56 pruebas y los microbots cambiaron sus movimientos de forma autónoma.

Cámara DSLR macro para obtener las imágenes de las pruebas del microbot Science Robotics Omicrono

Aseguran que este proyecto ofrece numerosas ventajas: "La programación digital y la computación integrada permiten que un único microbot de propósito general realice una variedad de tareas que pueden reconfigurarse a pedido, después de la fabricación", indican.

Aún queda mucho por hacer antes de que estos robots se desplacen dentro de cuerpos humanos. Uno de los próximos objetivos de los investigadores es desarrollar un sistema de locomoción inalámbrico totalmente integrado que no dependa de una fuente de luz externa para moverse.