A partir de una investigación dirigida por la Universidad de la Ciudad de Hong Kong (CityU) se desarrolló un novedoso robot blando con patas similares a una oruga, capaz de transportar cargas pesadas, y adaptable a entornos adversos. Este mini robot podría allanar el camino para el avance de la tecnología médica, como la administración de medicamentos en el interior del cuerpo humano.

En todo el mundo se han realizado investigaciones sobre el desarrollo de robots blandos. Pero el nuevo diseño de CityU con patas múltiples ayuda a reducir significativamente la fricción, de modo que el robot puede moverse de manera eficiente sobre superficies dentro del cuerpo revestidas o completamente sumergidas en fluidos corporales, como sangre o mucosidad.

Los hallazgos de la investigación se publicaron en el último número de la revista científica Nature Communications, titulada “A Bio-inspired Multilegged Soft Millirobot that Functions in Both Dry and Wet Conditions” (Un millirobot blando de múltiples patas de inspiración biológica que funciona en condiciones tanto secas como húmedas).

Diseño de robot de inspiración biológica

Lo que hace que este milli-robot se destaque es que tiene cientos de patas puntiagudas de menos de 1 mm de largo que se ven como un cabello pequeño y corto. Este diseño único no fue una elección al azar. El equipo de investigación ha estudiado las estructuras de las patas de cientos de animales terrestres, incluidos aquellos con 2, 4, 8 o más patas, en particular la relación entre la longitud de las patas y la brecha entre las patas. Y a partir de ahí, tuvieron su inspiración.

«La mayoría de los animales tienen una proporción de pata a brecha de 2:1 a 1:1. Así que decidimos crear nuestro robot con una proporción de 1:1», explica el Dr. Shen Yajing, profesor asistente del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Ciudad (BME), quien dirigió la investigación.

El grosor del cuerpo del robot es de aproximadamente 0,15 mm, y cada pata cónica mide 0,65 mm de largo. El espacio entre las patas es de aproximadamente 0,6 mm, lo que hace que la relación entre la longitud de la pata y la separación entre ellas sea de aproximadamente 1:1. Además, las patas puntiagudas del robot han reducido considerablemente su área de contacto y, por lo tanto, la fricción con la superficie. Las pruebas de laboratorio mostraron que el robot de patas múltiples tiene 40 veces menos fricción que un robot sin extremidades, tanto en ambientes húmedos como secos.

Aparte del diseño de patas múltiples, los materiales también son importantes. El robot está fabricado con un material de silicona llamado polidimetilsiloxano (PDMS) incrustado con partículas magnéticas que le permite controlarlo de forma remota mediante la aplicación de una fuerza electromagnética. «Tanto los materiales como el diseño de patas múltiples mejoran en gran medida las propiedades hidrofóbicas del robot. Además, la pieza de silicona es blanda y se puede cortar fácilmente para crear robots de varias formas y tamaños para diferentes aplicaciones», dice el profesor Wang Zuankai del Departamento de Ingeniería mecánica (MNE), que concibió esta idea de investigación e inició la colaboración entre los investigadores.

Moverse cómodo en ambientes hostiles

Controlado por un manipulador magnético que se utiliza en experimentos, el robot puede moverse tanto con un patrón de propulsión de aleta como con un patrón de péndulo invertido, lo que significa que puede usar sus patas delanteras para aletear hacia adelante, y también balancear el cuerpo apoyado sobre las patas izquierdas y derechas alternativamente, para avanzar respectivamente.

«La superficie rugosa y la textura cambiante de diferentes tejidos dentro del cuerpo humano causan que el transporte sea un desafío. Nuestro robot de varias patas muestra un rendimiento impresionante en diversos terrenos y, por lo tanto, abre amplias aplicaciones para el suministro de medicamentos dentro del cuerpo», dice el profesor Wang.

El equipo de investigación demostró además que al enfrentar un obstáculo más alto que la longitud de sus patas, el robot, con sus patas blandas deformables, es capaz de levantar un extremo de su cuerpo para formar un ángulo o hasta 90 grados y cruzar el obstáculo fácilmente. Y el robot puede aumentar su velocidad cuando se incrementa la frecuencia electromagnética aplicada.

El robot también muestra una notable capacidad de carga. Las pruebas de laboratorio mostraron que el robot era capaz de llevar una carga 100 veces más pesada que él mismo, una fuerza comparable a una hormiga, uno de los hércules más fuertes de la naturaleza, como si un ser humano pudiese levantar fácilmente un minibús de 26 asientos.

«La sorprendente capacidad de transporte, la eficiente locomoción y la buena capacidad para cruzar obstáculos hacen que este milli-robot sea extremadamente adecuado para aplicaciones en un entorno hostil, por ejemplo, para enviar un medicamento a un lugar asignado a través del sistema digestivo o para realizar una inspección médica», agrega Dr. Shen.

Antes de realizar pruebas adicionales en animales y, finalmente, en seres humanos, los equipos de investigación están desarrollando y perfeccionando su investigación en tres aspectos: encontrar un material biodegradable, estudiar nuevas formas y agregar características adicionales.

«Esperamos crear un robot biodegradable en los próximos dos o tres años para que se descomponga naturalmente después de su misión de administración de medicamentos», dice el Dr. Shen.

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