ITHACA, Nueva York – Científicos de la Universidad de Cornell han creado robots del tamaño de una celda que pueden ser operados y guiados por ultrasonido. A pesar de su pequeño tamaño, estos diminutos nadadores robóticos, cuyos movimientos han sido inspirados por bacterias y espermatozoides, podrían algún día ser una nueva herramienta formidable para la administración de fármacos dirigida.
durante más de una década, Mingming WuNuestro laboratorio ha estado investigando las formas en que los microorganismos, desde bacterias hasta células cancerosas, migran y se comunican con su entorno. El objetivo era crear un robot preciso y controlado a distancia que pudiera navegar por el cuerpo humano.
El equipo de Wu intentó inicialmente diseñar e imprimir en 3D un pequeño robot que imita la forma en que las bacterias usan los flagelos para impulsarse. Sin embargo, al igual que los primeros pilotos cuyos incómodos aviones volaban mucho, ese esfuerzo se vino abajo. Pronto comenzaron a explorar un enfoque menos literal. El principal obstáculo fue cómo operarlo. Dado que una persona tiene que gatear antes de poder caminar, el pequeño robot debe activarse antes de que pueda nadar.
«Las bacterias y los espermatozoides básicamente consumen materia orgánica en el líquido que los rodea, y eso es suficiente para alimentarlos», dijo Wu. «Pero para los robots de ingeniería, eso es difícil, porque si llevan una batería, es demasiado pesado para mover».
Al equipo se le ocurrió la idea de utilizar ondas sonoras de alta frecuencia. Debido a que el ultrasonido es silencioso, se puede usar fácilmente en un entorno de laboratorio experimental. Como ventaja adicional, la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. Ha considerado que la tecnología es segura para estudios clínicos.
Trabajando con el Centro de Ciencia y Tecnología de Cornell (CNF), el ex investigador postdoctoral Tao Lu ha creado un pequeño nadador triple robótico que se asemeja a un insecto que ha cruzado un cohete.
La característica más importante del nadador es la presencia de cavidades talladas en la espalda. Dado que su resina es hidrófoba, cuando el robot se sumerge en la solución, una pequeña burbuja de aire queda atrapada automáticamente en cada cavidad. Cuando se apunta un transductor ultrasónico al robot, la burbuja de aire oscila y genera vórtices, también conocidos como corrientes en chorro, que impulsan al nadador hacia adelante.
Otros ingenieros han construido anteriormente nadadores de tipo «burbuja única», pero los investigadores de Cornell son los primeros en crear una versión que utiliza dos burbujas, cada una con un orificio de diámetro diferente en cada perforación. Al variar la frecuencia de resonancia de las ondas sonoras, los investigadores pueden excitar la burbuja, o sintonizarla, y así controlar la dirección en la que se impulsa al nadador.
El próximo desafío será hacer que los nadadores sean biocompatibles, de modo que puedan recorrer las células sanguíneas que son aproximadamente de su tamaño. Los nadadores jóvenes en el futuro también deberán estar hechos de un material biodegradable, de modo que se puedan enviar varios robots a la vez. De la misma manera que solo se necesita un espermatozoide para tener éxito en la fertilización, el tamaño es clave.
«Para administrar medicamentos, puede tener un grupo de nadadores de micro-robots, y si uno de ellos falla durante el vuelo, eso no es un problema. En cierto modo, es un sistema más robusto», dijo Wu. Más pequeño no significa más débil. Inmejorable conjunto de ellos. Siento que estas herramientas inspiradas en la naturaleza suelen ser más sostenibles, porque la naturaleza ha demostrado que funcionan «.
los papel Publicado en Lab on a Chip, una publicación de la Royal Society of Chemistry.
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