La integración de la microelectrónica permite la fusión del mundo biológico y el mundo de la electrónica, ambos con muchas ventajas propias, para producir ahora lo que los científicos denominan biobots electrónicos, o robots biológicos. Unas máquinas que podrían ser útiles en el futuro para muchas aplicaciones médicas, de detección y ambientales. Un equipo de la Universidad de Illinois trabaja en ellos y ha logrado dotarles de control remoto.
La microelectrónica brinda a los investigadores un control remoto para robots biológicos
Los “eBiobots” híbridos son los primeros en combinar materiales blandos, músculo vivo y microelectrónica, dijeron los investigadores de la Universidad de Illinois, la Universidad Northwestern e instituciones colaboradoras. El equipo liderado por Rashid Bashir , profesor de bioingeniería de Illinois y decano de la Facultad de Ingeniería de Grainger describió sus máquinas biológicas a escala centimétrica en la revista Science Robotics.
El grupo de Bashir ha sido pionero en el desarrollo de biobots, pequeños robots biológicos alimentados por tejido muscular de ratón que crece en un esqueleto de polímero suave impreso en 3D.
Demostraron biobots andantes en 2012 y biobots activados por luz en 2016. La activación de la luz les dio a los investigadores cierto control, pero las aplicaciones prácticas estaban limitadas por la cuestión de cómo entregar los pulsos de luz a los biobots fuera de un entorno de laboratorio.
La respuesta a esa pregunta provino del profesor de la Universidad de Northwestern, John A. Rogers , un pionero en bioelectrónica flexible, cuyo equipo ayudó a integrar microelectrónica inalámbrica diminuta y micro-LED sin batería. Esto permitió a los investigadores controlar de forma remota los eBiobots.
“Esta combinación inusual de tecnología y biología abre grandes oportunidades en la creación de sistemas de ingeniería de autorreparación, aprendizaje, evolución, comunicación y autoorganización. Creemos que es un terreno muy fértil para futuras investigaciones con aplicaciones potenciales específicas en biomedicina y monitoreo ambiental”, dijo Rogers, profesor de ciencia e ingeniería de materiales, ingeniería biomédica y cirugía neurológica en la Universidad Northwestern y director del Instituto Querrey Simpson de Bioelectrónica.
Los eBiobots son las primeras máquinas biohíbridas inalámbricas que combinan tejido biológico, microelectrónica y polímeros blandos impresos en 3D.
Imagen cortesía de Yongdeok Kim
Robots biológicos con libertad de movimiento
Para dar a los biobots la libertad de movimiento necesaria para las aplicaciones prácticas, los investigadores se propusieron eliminar las baterías voluminosas y los cables de conexión. Los eBiobots usan una bobina receptora para recolectar energía y proporcionar un voltaje de salida regulado para alimentar los micro-LED, dijo el coautor Zhengwei Li, profesor asistente de ingeniería biomédica en la Universidad de Houston.
Los investigadores pueden enviar una señal inalámbrica a los eBiobots que hace que los LED parpadeen.
Los LED estimulan el músculo diseñado sensible a la luz para que se contraiga, moviendo las patas de polímero para que las máquinas «caminen». Los micro-LED están tan enfocados que pueden activar partes específicas del músculo, haciendo que el eBiobot gire en la dirección deseada, como muestra este video en YouTube .
La dirección por control remoto permite a los eBiobots maniobrar alrededor de obstáculos, como se muestra en esta imagen compuesta de un robot bípedo que atraviesa un laberinto.
Imagen cortesía de Yongdeok Kim
Los investigadores utilizaron modelos informáticos para optimizar el diseño de eBiobot y la integración de componentes para lograr robustez, velocidad y maniobrabilidad
El profesor de ciencias mecánicas e ingeniería de Illinois, Mattia Gazzola , dirigió la simulación y el diseño de los eBiobots. El diseño iterativo y la impresión 3D aditiva de los andamios permitieron ciclos rápidos de experimentos y mejoras en el rendimiento, dijeron Gazzola y el coautor Xiaotian Zhang, investigador postdoctoral en el laboratorio de Gazzola.
El diseño permite la posible integración futura de microelectrónica adicional, como sensores químicos y biológicos, o piezas de andamiaje impresas en 3D para funciones como empujar o transportar cosas que encuentran los biobots, dijo el coautor Youngdeok Kim, quien completó el trabajo como un estudiante de posgrado en Illinois.
La integración de sensores electrónicos o neuronas biológicas permitiría a los eBiobots detectar y responder a las toxinas en el medio ambiente, biomarcadores de enfermedades y más posibilidades, dijeron los investigadores.
La Fundación Nacional de Ciencias y los Institutos Nacionales de Salud apoyaron este trabajo.
El documento “Remote control of muscle-driven miniature robots with battery-free wireless optoelectronics” «Control remoto de robots en miniatura impulsados por músculos con optoelectrónica inalámbrica sin batería» está disponible en línea .
DOI: 10.1126/scirobotics.add1053
Fuente: Illinois News Bureau
Otras noticias sobre biotecnología y nanorobots que te pueden interesar:
- Tratar la Epilepsia con sondas de grafeno
- Smartphone con sensores de contaminación de agua en la pantalla
- Tejido biológico impreso 3D
- Vasos sanguíneos fabricados con impresión 3D
- Nuevas bioenergías basadas en bacterias
- Pez robótico inspirado en el atún
- Nanorobots que funcionan con agua
- Nanorobots para tratamientos de cáncer y androides médicos trabajando en hospitales
- Robot tentáculo para agarrar objetos frágiles
- El robot andante más pequeño del mundo
- Baterías de melanina que se pueden ingerir
- La piel humana es la última barrera para los weareables de salud m2m
