Crean robots microscópicos que piensan y nadan como organismos vivos

Investigadores de la Universidad de Pensilvania y de la Universidad de Michigan crearon los robots autónomos más pequeños jamás fabricados. Estas máquinas microscópicas, que miden aproximadamente 200 por 300 por 50 micrómetros, son tan pequeñas que son apenas visibles sin un aumento. A pesar de su tamaño, son capaces de nadar a través de líquidos, detectar su entorno, responder de manera autónoma y operar durante meses, con un costo de producción de aproximadamente una moneda de un centavo.

Los robots funcionan completamente con energía solar y están equipados con computadoras microscópicas que les permiten seguir caminos programados, detectar cambios de temperatura y ajustar su movimiento en consecuencia. Este avance representa un hito, ya que marca la primera vez que se desarrollan robots verdaderamente autónomos y programables a esta escala microscópica.

El trabajo fue publicado en las revistas Science Robotics y Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). A diferencia de las máquinas pequeñas anteriores, estos robots no dependen de cables, campos magnéticos o controles externos, lo que los convierte en pioneros en su categoría. Según Marc Miskin, profesor asistente de Ingeniería Eléctrica y de Sistemas en Penn Engineering y autor principal del estudio, "hemos creado robots autónomos 10,000 veces más pequeños, lo que abre un nuevo horizonte para los robots programables".

Desafíos en la miniaturización de robots

A pesar de que la electrónica ha ido disminuyendo de tamaño en las últimas décadas, la robótica no ha seguido el mismo camino. Miskin explicó que la independencia en tamaños menores a un milímetro ha sido un desafío sin resolver durante 40 años. A escalas cotidianas, el movimiento está influenciado por fuerzas como la gravedad y la inercia, que dependen del volumen de un objeto. Sin embargo, a escalas microscópicas, las fuerzas relacionadas con la superficie dominan, lo que cambia drásticamente la forma en que funciona el movimiento.

Para superar estas limitaciones, los investigadores desarrollaron un nuevo método de movimiento que se adapta a la física del mundo microscópico. En lugar de flexionarse, los robots generan un campo eléctrico que empuja suavemente partículas cargadas en el líquido circundante, creando movimiento en el fluido alrededor de ellos. "Es como si el robot estuviera en un río en movimiento, pero también está causando que el río se mueva", comentó Miskin.

Este método de natación, que utiliza electrodos sin partes móviles, hace que los robots sean notablemente duraderos. Pueden ser transferidos entre muestras repetidamente sin sufrir daños y, alimentados por luz de un LED, pueden seguir nadando durante meses.

Inteligencia en un cuerpo microscópico

La verdadera autonomía requiere más que solo movimiento; un robot también debe ser capaz de detectar su entorno, tomar decisiones y alimentarse. Todos estos componentes deben caber en un chip que mide solo una fracción de milímetro. Este desafío fue abordado por el equipo de David Blaauw en la Universidad de Michigan, que ya tenía el récord de crear la computadora más pequeña del mundo.

Juntos, estos avances produjeron lo que los investigadores creen que es el primer robot submilimétrico capaz de tomar decisiones reales. Estos robots incluyen sensores electrónicos de temperatura que pueden detectar cambios tan pequeños como un tercio de grado Celsius, lo que les permite moverse hacia regiones más cálidas o reportar valores de temperatura que pueden servir como indicadores de actividad celular.

La comunicación de estas mediciones requirió una solución inventiva. Para reportar sus mediciones de temperatura, se diseñó una instrucción especial que codifica un valor en los movimientos de un pequeño baile que realiza el robot. Luego, se observa este baile a través de un microscopio con una cámara para decodificar lo que los robots están comunicando. "Es muy similar a cómo las abejas se comunican entre sí", explicó Blaauw.

Un futuro prometedor para los robots microscópicos

Los robots actuales son solo el comienzo. Las versiones futuras podrían llevar programas más avanzados, moverse más rápido, incluir sensores adicionales o funcionar en entornos más difíciles. Los investigadores diseñaron el sistema como una plataforma flexible, combinando un método de propulsión robusto con electrónica que puede fabricarse de manera económica y adaptarse con el tiempo. "Esto es realmente solo el primer capítulo", concluyó Miskin. "Hemos demostrado que se puede poner un cerebro, un sensor y un motor en algo casi demasiado pequeño para ver, y que puede sobrevivir y funcionar durante meses. Una vez que se tiene esa base, se pueden agregar todo tipo de inteligencia y funcionalidad, abriendo la puerta a un futuro completamente nuevo para la robótica a escala microscópica".