Desarrollan un robot nadador impulsado por células musculares humanas
Un equipo de ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha creado un innovador robot nadador del grosor de una hoja de papel, que utiliza una sola capa de células musculares vivas para su propulsión. Este diseño pionero demuestra que las máquinas biohíbridas pueden navegar en el agua empleando una cantidad de material biológico significativamente menor que en versiones anteriores.
El dispositivo, que se desplaza en el medio acuático, utiliza tejido muscular sensible a la luz, cultivado sobre un esqueleto de gel delgado. Los investigadores han logrado que el robot nade y gire dentro de un laberinto submarino sencillo, dirigiendo un haz de luz hacia sus dos aletas.
En su velocidad máxima, el prototipo alcanza aproximadamente cuatro veces la longitud de su propio cuerpo en un minuto, aunque este ritmo es considerablemente más lento que el de un nadador humano.
El cuerpo del robot está compuesto por una película de gelatina de aproximadamente medio milímetro de espesor, con dos secciones flexibles que actúan como aletas. Cada aleta está recubierta por una capa de músculo esquelético vivo que es más fina que un cabello humano. Las células musculares han sido modificadas genéticamente para contraerse en respuesta a la luz. Al iluminar una de las aletas, las células se contraen, generando el aleteo que impulsa al robot a través del agua. Alternando la iluminación entre ambos lados y ajustando el tiempo de exposición, el equipo controla la dirección y velocidad del desplazamiento; si ambas aletas se activan simultáneamente, el robot se mueve de manera simétrica.
Durante las pruebas, los científicos sumergieron el robot en una placa de Petri de gran tamaño y movieron manualmente una fuente de luz sobre su superficie. El dispositivo siguió el haz luminoso mientras avanzaba por un laberinto ubicado dentro del recipiente. Este avance representa la primera demostración de un robot bidimensional extremadamente delgado capaz de moverse gracias a la propulsión muscular.
El proyecto se basa en investigaciones previas de Ritu Raman, profesora asociada de ingeniería mecánica en el MIT, y su equipo. En un experimento anterior, se había construido una estructura muscular artificial inspirada en el iris humano, donde las células se cultivaban sobre un disco de gel con surcos concéntricos y radiales. Este diseño lograba un desplazamiento limitado a unos 100 micrómetros.
Para el robot nadador, se requería generar una fuerza mucho mayor, y se descubrió que el material de soporte de las células era tan determinante como las propias fibras musculares. En el diseño original se utilizaba fibrina, un gel extremadamente blando que se deformaba bajo la fuerza de contracción muscular.
En el nuevo estudio, los investigadores exploraron diferentes composiciones de gel, niveles de rigidez y geometrías de surcos para mejorar la alineación muscular y la producción de fuerza. Los resultados mostraron que los surcos de fondo cuadrado favorecían una alineación celular más eficaz que los de fondo curvo. Esta mejor alineación permitió que las células se fusionaran en fibras musculares capaces de contraerse de forma más coordinada.