Investigadores de la Universidad de Tel Aviv desarrollan microrobots que utilizan campos magnéticos y eléctricos para sortear obstáculos, moverse entre superficies y transportar carga biológica delicada.
Investigadores de la Universidad de Tel Aviv han desarrollado un nuevo método que permite a los robots microscópicos moverse entre múltiples superficies en un espacio tridimensional, superando una limitación de larga data en la microrrobótica que ha confinado a muchos de estos dispositivos a desplazarse a lo largo de una sola superficie.
El estudio, dirigido por el estudiante de doctorado Ido Rachbuch, el investigador Dr. Sinwook Park y el profesor Gilad Yossifon de la Facultad de Ingeniería Mecánica y la Facultad de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Tel Aviv, fue publicado en la revista Nature Communications.
Los microrobots, que suelen medir entre 10 y 30 micras (aproximadamente el tamaño de una célula biológica), no pueden equiparse con motores, baterías ni sistemas de control integrados como los robots convencionales debido a su pequeño tamaño. En cambio, dependen de campos externos para su propulsión y control, lo que los convierte en robots «externos».
Para superar las limitaciones de movilidad existentes, los investigadores desarrollaron un sistema de propulsión híbrido que combina campos magnéticos y eléctricos para controlar partículas microscópicas tipo Janus: diminutas partículas esféricas cuyas dos mitades poseen propiedades diferentes. Un hemisferio está recubierto con material conductor, mientras que el otro contiene una capa magnética.
Ambos campos realizan funciones complementarias. El campo magnético controla la orientación, el movimiento de rodadura y la elevación de las partículas, mientras que el campo eléctrico proporciona propulsión, permite que los robots se adhieran a las superficies y les permite capturar y liberar carga microscópica de forma controlada y reversible.
El sistema combinado permite que los microrobots se desplacen desde el suelo hasta el techo de una cámara microfluídica, así como a superficies intermedias, ampliando su entorno operativo más allá de un único plano continuo.
Diagrama que muestra cómo los microrobots de la Universidad de Tel Aviv combinan campos magnéticos y eléctricos para moverse entre superficies, superar obstáculos y capturar, transportar y liberar carga microscópica.
(Ilustración: Universidad de Tel Aviv)
Los investigadores describen este método como «navegación 2.5-dimensional». En lugar de flotar libremente como drones en miniatura, los microrobots se desplazan de forma controlada entre diferentes superficies, viajando tanto horizontal como verticalmente en un espacio tridimensional.
En experimentos de laboratorio, los robots escalaron paredes y obstáculos microscópicos, se desplazaron por superficies elevadas y regresaron al suelo siguiendo rutas predeterminadas mediante un control de bucle cerrado en tiempo real.
Además de la navegación, el equipo demostró la capacidad de los robots para transportar carga microscópica. Los robots recolectaron partículas de plástico y bacterias Escherichia coli (E. coli) vivas, las transportaron por encima de barreras físicas y las liberaron en ubicaciones designadas. Las bacterias permanecieron vivas y viables tras el transporte, lo que sugiere que el sistema es compatible con entornos biológicos delicados.
Los investigadores afirmaron que esta tecnología podría servir en el futuro como plataforma para tareas de precisión en entornos microscópicos, incluyendo el transporte de células y materiales biológicos en sistemas de laboratorio en un chip, la detección y estimulación de células individuales y el ensamblaje automático de estructuras microscópicas.
En términos más generales, afirmaron que el trabajo introduce un nuevo concepto para la microrrobótica al permitir que robots relativamente simples, como las partículas de Janus, operen a través de múltiples capas en lugar de estar limitados al movimiento sobre una única superficie continua.
«El desafío en la microrrobótica no es solo mover robots diminutos, sino navegarlos de manera controlada y darles libertad para operar en entornos complejos», dijo Yossifon. «En este estudio, demostramos cómo una combinación sinérgica de campos magnéticos y eléctricos permite incluso a los microrrobots básicos realizar navegación y tareas que antes requerían sistemas más complejos. La capacidad de moverse a través de entornos multicapa abre nuevas posibilidades para aplicaciones de laboratorio en un chip, ingeniería biomédica y una nueva generación de sistemas microrrobóticos».
El video adjunto muestra tres demostraciones: (1) un microrrobot cruzando un obstáculo rodando magnéticamente mientras está sujeto al techo de la cámara antes de descender al suelo después de que se apaga el campo eléctrico; (2) un microrrobot trepando a un obstáculo y rodando sobre su superficie para alcanzar un objetivo; y (3) un microrobot que captura bacterias E. coli vivas, las transporta sobre el mismo obstáculo y las libera en el lado opuesto.
