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Nanorobots que funcionan con agua

Un equipo de investigadores de la Universidad Nacional de Seúl ha desarrollado una serie de pequeños robots que se mueven con agua sin necesidad de un motor o baterías. Como explican los investigadores en su artículo publicado en la revista Science Robots, los llamados hygrobots se mueven debido a la absorción y evaporación del agua.

Hemos visto otros casos de robots bioinspirados, aunque en este no se trata de animales sino de plantas. Investigando el movimiento natural de algunas semillas que se desplazan por el suelo, descubrieron que tienen múltiples capas en sus revestimientos externos: algunas absorben humedad del aire, mientras que otras no.

Cuando el aire está húmedo, el recubrimiento externo se estira y se dobla lo que da como resultado un movimiento.

Luego, el equipo aplicó lo que habían aprendido a los objetos pequeños creados usando nanofibras como un recubrimiento externo, algunos absorbentes, otros no. Los objetos pequeños son una forma de hygrobots, porque se mueven en función de la acción de la humedad. Para causar movimiento, cada hygrobot se construyó en una forma particular para que, a medida que se relajara, solo se moviera un extremo, haciendo que todo el robot se moviera lentamente en esa dirección a medida que se doblaba y se relajaba repetidamente.

El movimiento de los hygrobots también requería controlar el entorno hasta cierto punto; en algunos casos, el equipo ciclaba rápidamente el aire en el que los hygrobots operaban entre húmedo y seco. Pero también descubrieron que el uso de la combinación correcta de nanofibras en un ambiente seco permitía crear un hygrobot capaz de viajar a través de una superficie húmeda utilizando solo las diferencias naturales en los niveles de humedad.

El equipo grabó en video varias de sus creaciones en acción, como un bot de tipo “gusano” que se abre paso a través de una superficie y un bot que se desliza como una serpiente de arena sobre otra superficie. Y en un caso, una forma más pequeña de su hygrobot tipo gusano de pulgada moviéndose a través de una placa de Petri con antibióticos que atraviesan una biopelícula bacteriana. El grupo sugiere que sus pequeños bots algún día podrían resultar útiles en aplicaciones militares, y tal vez como tratamientos médicos o como bots capaces de administrar drogas dentro del cuerpo.

Más información: Science Robotics   24 de enero de 2018: vol. 3, Número 14, eaar2629, DOI: 10.1126 / scirobotics.aar2629.

Nanoestructuras hechas de material previamente imposible

El desarrollo de nanorobots depende en gran medida de obtener nuevos materiales con los que fabricarlos. Los científicos de materiales a menudo buscan cambiar las propiedades físicas de un material al agregar una cierta proporción de un elemento adicional. En TU Wien, se ha desarrollado un nuevo método para producir mezclas previamente inalcanzables de germanio y otros átomos. Esto da como resultado nuevos materiales con propiedades significativamente alteradas.

La electrónica moderna se basa en semiconductores con ciertos aditivos. Los cristales de silicio incorporados con fósforo o boro son uno de esos ejemplos.

Los investigadores han encontrado dificultades para incorporar germanio a otros átomos. En este caso, no funciona fundir los dos elementos y mezclarlos completamente en forma líquida y luego dejarlos solidificar. “Este método simple termodinámico falla, porque los átomos añadidos no se combinan de manera eficiente en el sistema reticular del cristal”, explica Sven Barth. “Cuanto mayor es la temperatura, más se mueven los átomos dentro del material. Esto puede provocar que estos átomos extraños precipiten fuera del cristal después de que se hayan incorporado con éxito, dejando una concentración muy baja de estos átomos dentro del cristal”.

Nanoestructuras realizadas con materiales antes imposibles.
Nanoestructuras realizadas con materiales antes imposibles. Crédito: TU Wien

Por lo tanto, el equipo de Barth desarrolló un nuevo enfoque que vincula el crecimiento particularmente rápido de cristales a temperaturas de proceso muy bajas. En el proceso, la cantidad correcta de átomos extraños se incorpora continuamente a medida que el cristal crece. Los cristales crecen en forma de hilos o varillas a nanoescala a temperaturas considerablemente más bajas que antes, en el rango de 140 a 230 grados C. Como resultado, explica Barth, los átomos incorporados son menos móviles, los procesos de difusión son lentos y la mayoría de los átomos quédate donde quieres que estén.

Usando este método, ha sido posible incorporar hasta 28 por ciento de estaño y 3.5 por ciento de galio en germanio. Esto es considerablemente más de lo que era posible anteriormente por medio de la combinación termodinámica convencional de estos materiales en un factor de 30 a 50.

Fuente: TU Wien.