Robótica

Robots biohíbridos, el siguiente paso en la revolución robótica

Robots biohíbridos
Robots biohíbridos

Las células musculares pueden permitir también a los robots biohíbridos caminar o nadar.

Javier Yanes | 17/01/2020 - 12:00h.

La tecnología nos está llevando hacia un mundo que antes hemos visto nacer en la imaginación humana, y donde los organismos ya no son solo biológicos. Sin embargo, aún seguimos pensando en los robots como máquinas de piezas duras; los monolitos articulados de la película Interstellar son un buen ejemplo reciente. Pero como detallaba a OpenMind el ingeniero de robótica de la Universidad de Bristol Jonathan Rossiter, una línea prometedora en la inminente revolución robótica es la de los robots blandos, construidos con materiales inteligentes, flexibles y adaptables, para asemejarse más a las criaturas orgánicas. Y dentro de esta línea, aún hay un paso más allá: los robots biohíbridos o biorrobots, que incorporan tejidos biológicos.

La fusión entre organismos vivos y dispositivos artificiales se nos ha hecho familiar a través del concepto del cíborg (organismo cibernético). Este enfoque consiste en restaurar o mejorar las capacidades del ser orgánico, habitualmente un humano, mediante artefactos tecnológicos. Por su parte, los robots biohíbridos son en cierto modo la idea opuesta: utilizar tejidos o células vivas para dotar a la máquina de funciones que sería difícil conseguir de otro modo. Y si los robots blandos buscan lograrlo mediante materiales sintéticos, ¿por qué no hacerlo directamente con materiales vivos?

En el caso de los robots blandos en general, sus ventajas son apreciables. Su mayor flexibilidad los capacita para moverse más como organismos vivos que como máquinas, lo que les permite "interactuar con el cuerpo humano de forma segura", en palabras de Rossiter. Lo que incluye también el interior del cuerpo: las aplicaciones médicas son una de las aspiraciones de estas tecnologías, que se basan en el uso de materiales biocompatibles y biodegradables. Aparatos como el ROWBOT desarrollado por Rossiter tienen además la ventaja de no necesitar baterías, ya que son capaces de generar su propia electricidad a partir de compuestos de su entorno. Actualmente incluso la NASA está investigando el desarrollo de robots blandos destinados a la exploración de otros mundos del Sistema Solar.

MÁQUINAS HECHAS CON TEJIDOS VIVOS

De modo similar, "los robots biohíbridos tienen el potencial de ser totalmente autónomos, inteligentes y autoensamblables", resume a OpenMind el ingeniero de robótica Taher Saif, de la Universidad de Illinois. "Podrían ser capaces de aprender de la experiencia previa y de reparar sus daños o lesiones". Aquí comienzan las ventajas añadidas que ofrecen los materiales biológicos: la capacidad de regeneración, una de las propiedades que los ingenieros tratan de implementar en los robots del futuro, es una peculiaridad de los tejidos vivos. Como también lo es el hecho de que las células no necesitan electricidad para funcionar, sino nutrientes; serán robots que no se enchufarán, sino que comerán.

Una primera aproximación inmediata es utilizar células musculares para dotar de movimiento a los robots, sustituyendo a los motores, engranajes y cables. Con esta idea, un equipo de la Universidad de Tokio ha creado un dedo robótico con una articulación que gira 90 grados gracias a sus células musculares de rata, que los investigadores han cultivado en el laboratorio y situado alineadas entre sí como en las fibras naturales, en un par de músculos que se relajan y contraen de forma antagónica, como también ocurre en los seres vivos. Según el primer autor del estudio, Yuya Morimoto, "usando esta colocación antagónica de los músculos, estos robots pueden imitar las acciones de un dedo humano", algo que los investigadores han demostrado cogiendo y dejando objetos con su dedo robótico.

Las células musculares pueden permitir también a los robots biohíbridos caminar o nadar. Un equipo de la Universidad de Harvard y Caltech creó en 2012 una diminuta medusa de silicona recubierta de cardiomiocitos de rata —células de músculo cardíaco— que se contraían para propulsarla a través del agua. Más recientemente, los investigadores de Harvard han desarrollado un robot nadador con la forma de una raya marina, con un esqueleto microfabricado en oro y un cuerpo de goma de 16 milímetros que se ondula para nadar mediante 200.000 cardiomiocitos de rata.

CÓMO MOVER MÚSCULOS ARTIFICIALES

Obviamente, los robots biohíbridos aún deberán superar grandes escollos. Las células vivas son delicadas; el organismo les proporciona la protección y las condiciones ambientales que requieren, algo difícil de conseguir en un robot. Por otra parte, los músculos necesitan una estimulación eléctrica para actuar, que en el caso del dedo robótico y de la medusa de Harvard y Caltech se suministra mediante electrodos. Como alternativa, para la raya los investigadores modificaron las células musculares por ingeniería genética para poder activarlas con luz.

Sin embargo, existe otra opción más deseable, y es poder activar los músculos mediante la estimulación eléctrica natural que en el organismo proporcionan las motoneuronas, neuronas especializadas en el control de las fibras musculares. Los investigadores ya han logrado crear in vitro cultivos combinados de células musculares y motoneuronas similares a los sistemas de los seres vivos.

Y ahora los están aplicando a la fabricación de robots biohíbridos. Anteriormente, el equipo dirigido por Saif había creado minúsculos robots similares a espermatozoides, propulsados por células musculares que latían de forma autónoma. Más recientemente, este ingeniero ha logrado mejorar el sistema introduciendo motoneuronas que accionan el músculo. El robot, del tamaño de la cabeza de un alfiler, se ensambla por sí mismo cuando los investigadores cultivan las células de músculo y los precursores neuronales con el cuerpo blando sintético de doble cola, diseñado por el ingeniero Mattia Gazzola.

Por el momento, Saif ha empleado neuronas modificadas genéticamente para activarse mediante pulsos de luz, pero un paso posterior será añadir al sistema neuronas sensoriales que sean capaces de detectar estímulos externos y enviar señales a las motoneuronas para activar el músculo; es decir, máquinas vivas que respondan a su entorno y tomen decisiones. "Estamos desarrollando nadadores biohíbridos que pueden nadar en dos direcciones y girar, y detectar la presencia de un obstáculo mecánico y evitarlo mientras nadan. También se les entrenará en memoria y lógica", precisa el ingeniero.

"Esta es la primera generación de robots biohíbridos", apunta Saif. En el futuro, dice, "podrán utilizarse tanto para propósitos medioambientales como médicos, para la administración de fármacos in vivo y para ensayar la eficacia de los medicamentos. En el medio ambiente pueden emplearse para la detección de contaminantes y para su eliminación". Y en el horizonte aún se divisa un avance más, en el que algunos investigadores ya están trabajando: sustituir los materiales sintéticos de los cuerpos y esqueletos de los biorrobots por otros de origen biológico como el colágeno. Entonces ya no hablaremos de ingeniería robótica, sino de ingeniería de organismos diseñados específicamente con misiones concretas. Como vaticina Rossiter, "estamos en el principio de una nueva revolución".

Fuente: https://www.bbvaopenmind.com/tecnologia/robotica/robots-biohibridos-revolucion-robotica/

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